34

Modyfikacje algorytmu PID

• Uwzględnienie ograniczeń sygnału

sterującego – unikanie nasycenia

• Kompensacja mierzalnych zakłóceń

• Nieczułość na szumy pomiarowe

• Odporność na duże zmiany wartości

zadanej

• Tryb ręczny

35

Ograniczenie sygnału sterującego

• W większości stosowanych układów sterowania sygnał sterujący

posiada górne oraz dolne ograniczenie. Może ono wynikać np. z
fizycznych właściwości urządzenia sterującego. Najprostszym
takim urządzeniem jest zawór, który znajduje się w stanie
górnego nasycenia w momencie, w którym jest całkowicie
otwarty, natomiast, gdy jest zamknięty, znajduje się on w stanie
dolnego nasycenia.

• Wprowadzenie ograniczenia na sygnał sterujący powoduje

znaczne zwiększenie przeregulowania, a także wydłużenie czasu
regulacji (czasu, po którym układ osiąga stan ustalony). Zjawisko
to określane jest w literaturze jako windup.

36

Ograniczenie prędkości sygnału sterującego

• Układ przedstawiony poniżej prezentuje inny przypadek

powstawania zjawiska windup’u, w którym ograniczona została
szybkość zmian sygnału sterującego. Ograniczenie to może
wystąpić, np. w przypadku, gdy regulator wystawia sygnał
zmieniający się z szybkością większą niż fizyczna możliwość
prędkości otwierania lub zamykania zaworu.

• Ograniczenie skutkuje tym, że aktualne sterowanie jest wiernie

realizowane przez urządzenie wykonawcze. Modyfikowana bywa
też wartość całki uchybu, aby uniknąć niespójności w pracy
algorytmu PID.

37

Metody unikania zjawiska windup

Efekt zjawiska likwiduje się poprzez ograniczenie działania

członu całkującego:

• wyłączenie działania członu całkującego, jeśli składowa

całkująca przekracza ograniczenie

• wyłączenie działania członu całkującego, sygnał

wyjściowy z regulatora przekracza ograniczenie

• ograniczanie sygnału wyjściowego z regulatora poprzez

silne ujemne sprzężenie zwrotne w torze całkującym
regulatora, kiedy sygnał dojdzie do ograniczenia

• ograniczanie sygnału wyjściowego z regulatora poprzez

silne ujemne sprzężenie zwrotne działające na wszystkie
składowe regulatora, kiedy sygnał dojdzie do
ograniczenia

38

Ograniczanie całkowania

39

Kompensacja zakłóceń

• W niektórych układach możliwy jest pomiar zakłóceń, które

oddziałują na obiekt. Znając ich przebieg, można tak wpływać na
pracę regulatora, aby ten wyprzedzał swoje działanie względem
uzyskania informacji przez sygnał uchybu.

• Możliwe jest zastosowanie dodatkowego działania na obiekt dla

mierzonych własności zakłócenia (np. w głównym torze jest
regulator PI, a kompensacja zakłócenia przebiega wg algorytmu
PD lub PID

• W niektórych regulatorach stosuje się dodatkowy parametr

„bias” – możliwość dodania określonej wartości do sterowania –
np. z działania dodatkowego regulatora

• Powyższe działania określane są jako sprzężenie „w przód”

• Obok kompensacji zakłóceń stosuje się kompensację zmian

wartości zadanej

40

Sprzężenie „w przód”

41

Nieczułość na szumy pomiarowe

• Człon D różniczkuje sygnał e(t), który nie jest wolny od

zakłóceń w postaci szumów. Wskutek tego nawet
niewielkie zmiany, ale następujące w krótkich
odstępach czasu, powodują powstawanie na wyjściu
krótkotrwałych znacznych wartości pochodnych.

• Aby uniknąć tego efektu stosuje się:

– filtrowanie sygnału wielkości mierzonej lub sygnału uchybu

– wprowadzenie strefy nieczułości – pewnego obszaru

zmienności e(t), na którą nie będzie reagował człon
różniczkujący lub wszystkie człony regulatora

42

Zmiany wartości zadanej

• W układach regulacji stałowartościowej sporadycznie pojawia się

potrzeba zmiany wielkości wartości zadanej. Mogą one
spowodować:

– krótkotrwałe bardzo duże wielkości składowej różniczkującej wskutek

szybkiej zmiany sygnału uchybu

– zwiększanie się składowej całkującej wskutek powstałego dużego uchybu

– w wyniku powyższych – dużych wartości sygnału sterującego, najczęściej

sięgających ograniczeń

• Sposoby unikania powyższych efektów:

– filtrowanie wartości zadanej

– ograniczenie wielkości zmian w czasie wartości zadanej

– wyłączanie akcji różniczkującej lub/i całkującej na czas zmian wartości

zadanej

– różniczkowanie tylko wartości wyjścia obiektu y(t), a nie uchybu e(t)

43

Filtrowanie wartości zadanej

44

Wspomaganie trybu ręcznego

• Przełącznik – tryb ręczny / tryb automatyczny

• W trybie ręcznym może działać ogranicznik poziomu i

prędkości sygnału sterującego

• Zmiana trybu na automatyczny może powodować duży

skok sterowania – na czas trwania trybu ręcznego
wyłącza się całkowanie

• Likwidacja dużego skoku sterowania – bezuderzeniowy

tryb ręczny

45

Model regulatora z modyfikacjami

Modyfikacje pokazane na schemacie:
• Ograniczenie wartości sygnału

sterującego

• Ograniczenie szybkości sygnału

sterującego

• Strefa nieczułości na wejściu
• Wartość dodawana do sygnału

sterującego (Bias) do sprzężeń „w
przód”

• Zmiana znaku sygnału sterującego

Nie uwzględniono:
• Wyłączania członu całkującego
• Ograniczeń w różniczkowaniu
• Trybu ręcznego
• Filtrowania