brock_wyklad_PID

dr in

. Stefan Brock

Regulator PID. K=3, Ti=2

Zmniejszanie lecz dla wi

kszych Td

zwi

kszanie charakteru oscylacyjnego

k_P

0.25

Uchyb

T_ D

T =10 , K=4

10s+1

Scope

Saturation

Pulse

Generator

L =2

Integrator

[Wartosc_r zeczywista ]

[Sygnal _sterujacy ]

[Wartosc_rzeczywista ]

[Sygnal _ ster ujacy ]

Derivative

du /dt

1/T_I

0.1613

dr in

. Stefan Brock

L T

L K

⋅

dr in

. Stefan Brock

Metoda cz

stotliwo

ciowa ZN

1) Wybierz regulator typu P

2) Powoli zwi

kszaj wzmocnienie, a

osi

gni

cia stanu drga

niegasn

cych

sygnału wyj

ciowego

3) Zachowaj warto

ść

wzmocnienia – K

okres oscylacji T

Dobór nastaw dla metody

stotliwo

ciowej

dr in

. Stefan Brock

Porównanie metod odpowiedzi

skokowej i cz

stotliwo

ciowej

PID

stotliwo

ciowa

char. skokowa

Krytyczna ocena metody ZN

Wzgl

dny czas martwy:

=L/(L+T)

• τ<0,15 – przypadek łatwy, dominuje inercja –

z reguły wystarcza regulator typu PI. Człon D

może poprawić dynamikę, zwłaszcza gdy
wpływ zakłóceń jest mały. Nastawy metodą
ZN mogą być wyraźnie poprawione przy
pomocy innych kryteriów. Metoda ZN nie
opisuje doboru regulatora typu PD, który może
być korzystny w tym przypadku

dr in

. Stefan Brock

Krytyczna ocena metody ZN

• 0,15<τ<0,40 – przypadek pośredni. Metoda

ZN daje dobre rezultaty w odniesieniu do
reakcji na zakłócenie, lecz duże
przeregulowania w odpowiedzi na zmianę
sygnału zadanego (tłumienie 1/4). Wskazane
jest użycie współczynników wagowych (b, c)
w torze sygnału zadanego.

Krytyczna ocena metody ZN

• τ>0,40 – przypadek trudny, z dominującym

opóźnieniem. Metoda ZN daje słabe rezultaty.
Zastosowanie regulatora PI/PID jest możliwe,
lecz wymaga innych kryteriów doboru.
Zdecydowaną poprawę mogą zapewnić
struktury zaawansowane – np. metoda
predyktora Smitha.

dr in

. Stefan Brock

Regulator PID dla obiektu z

dominuj

cym opó

nieniem

=0,65

wiadczalne dostrajanie

regulatora

dr in

. Stefan Brock

Metoda Chiena, Hronesa i

Reswicka (CRH)

• Zapewnia lepsze tłumienie ni

• Przebieg bez przeregulowania lub z 20%

przeregulowaniem

• Inne kryteria dla optymalizacji odpowiedzi

skokowej, inne dla reakcji na zakłócenie

Metoda CHR – reakcja na

zakłócenie

L K

⋅

dr in

. Stefan Brock

Metoda CHR – reakcja na skok

warto

ci zadanej

L K

⋅

Metoda Astroma

• Opracowana na podstawie bada

wiadczalnych szerokiej grupy obiektów

• Obliczenia – na podstawie odpowiedzi

skokowej – jak w metodzie ZN

• Uwzgl

dnia struktur

regulatora ze

współczynnikiem wagowym b

• Dla parametru wra

liwo

ci M=1 lub M=2

dr in

. Stefan Brock

Uproszczona metoda Astroma

Dla obiektu o sko

czonej odpowiedzi na skok

sygnału steruj

cego

Uproszczona metoda Astroma

Dla obiektu o charakterze całkuj

cym

dr in

. Stefan Brock

Samostrojenie i adaptacja

przemysłowych regulatorów PID

• Autotuning wykonywany jest na

żą

danie

operatora lub w zadanych chwilach

• Adaptacja parametrów wykonywana jest

na bie

żą

co, w trakcie pracy regulatora

• Autotuning jest cech

wielu regulatorów

przemysłowych – dedykowanych i
uniwersalnych. Dost

pne s

tak

rozwi

zania zewn

trzne – sprz

towe i

programowe

Autotuning nie zast

puje starannego

projektu systemu regulacji

Gdy system jest

le zaprojektowany:

– du

e opó

nienia (złe rozmieszczenie

czujników, czujniki temperatury o du

pojemno

ci)

– niska rozdzielczo

ść

(

le dobrane urz

dzenia

pomiarowe i wykonawcze)

– nieliniowo

ci (brak uwzgl

dnienia nieliniowo

czujnika w układzie pomiarowym, luzy i du

tarcie w głowicach zaworów)

nawet najlepszy autotuning nie zapewni

zadawalaj

cej pracy

dr in

. Stefan Brock

Metody regulacji adaptacyjnej

• Ci

gła zmiana parametrów regulatora,

zgodnie ze zmianami wła

ciwo

ci procesu

• W praktyce konieczna dla sterowania z

wyprzedzeniem (feed-forward) – dobra
znajomo

ść

modelu

dr in

. Stefan Brock

Metody samostrojenia

• Identyfikacja wła

ciwo

ci obiektu bez

zamykania p

tli regulacji –

Open-Loop Tuning

• Identyfikacja wła

ciwo

ci zamkni

tej p

tli

regulacji –
Closed-Loop Tuning

dr in

. Stefan Brock

Open-Loop Tuning

• Badanie obiektów stabilnych
• Pocz

tek od stanu równowagi procesu

• Sygnał testowy:

– skok jednostkowy (obiekty o charakterze inercyjnym)
– impuls (obiekty o charakterze całkuj

cym)

• Dobór amplitudy sygnału –

– Nie za mała,

eby odpowied

była jednoznacznie czytelna w stosunku

do szumów

– Nie za du

eby pozosta

w zakresie liniowych wła

ciwo

ci obiektu

• Dobór czasu trwania – a

sygnały wyjsciowe nie zmieniaj

istotnie

• Identyfikacja:

– opó

nienie,

– wzmocnienie
– dominuj

ca stała czasowa

Closed-Loop Tuning

• Skokowa lub impulsowa zmiana sygnału

zadanego lub steruj

cego

• Metody heurystyczne – bazuj

ce na

wiadczeniu: jak zmienia

konkretne

nastawy dla uzyskania

żą

danych

wła

ciwo

ci odpowiedzi

dr in

. Stefan Brock

Samostrojenie regulatora – metoda

przeka

nikowa

Przyjmowane parametry:

• Amplituda sygnału wyj

ciowego

• Szeroko

ść

histerezy

dr in

. Stefan Brock

Foxboro EXACT (760/761)

• Analiza odpowiedzi

skokowej

• Rozpoznawanie wzoru
• Heurystyczna baza

reguł

• Wst

pna nastawa – wg

metody ZN

Simatic S7-200

• Metoda przeka

nikowa

• Dobór strefy histerezy – elimnacja wpływu

szumów – podwojone odchylenie standardowe
dla testu minimum 100 próbek

• Dobór

żą

danej amplitudy zmian sygnału

mierzonego (standardowo 4,5*histereza)

• Dobór

żą

danej odpowiedzi układu:

– Szybka – mo

liwe przeregulowania

–

rednia – tłumienie krytyczne

– Wolna – brak przeregulowa

– Bardzo wolna – brak przeregulowa

, długi czas

regulacji