Rodzaje regulatorów , rola członów P, I , D w regulatorze P I D. Rodzaje regulatorów; 1. nie korzystające z energii pomocniczej (bezpośredniego działania)- mają ograniczony zakres ze względu na małą dokładność regulacji. 2.korzystające z energii pomocniczej- dzielą się na elektryczne, pneumatyczne, hydrauliczne. Innym kryterium klasyfikacji regulatorów jest postać sygnału wyjściowego wyróżnić można: a)regulatory z sygnałem wyjściowym nie ciągłym mogą być dwunastawne i impulsowe (dwunastawne działają na zasadzie załączenia i wyłączenia zależnie od znaku uchyłu regulacji: regulatory krokowe trójnastawne z korekcją). b)Regulatory z sygnałem wyjściowym ciągłym- najliczniejsze, uniwersalne, w grupie tej regulatory mogą być elektryczne, pneumatyczne i hydrauliczne. W zależności od sposobu kształtowania sygnału wyjściowego mogą być to regulatory typu P, PI, PD, PID czyli proporcjonalne, proporcjonalno-całkowe, proporcjonalno-różniczkowe lub proporcjonalno-całkowo-różniczkowe. Regulatory PID ze względu na właściwości dynamiczne wyróżnia się regulatory: 1.proporcjonalne (P), G(s)=x(s)/e(s)=Kp 2. całkujące (T) G(s)=x(s)/e(s)=1/(Ti*s). 3.proporcjonalno-całkujące (PI) G(s)=x(s)/e(s)=Kp[1+1/(Ti*s)]. 4.proporcjonalno-różniczkujące idealne (PD) G(s)=x(s)/e(s)=Kp(1+Td*s). 5.proporcjonalno-różniczkujące rzeczywiste (PD) G(s)=x(s)/e(s)=Kp*(1/[(Td*s)/(T/1)]). 6 proporcjonalno-całkująco-różniczkujące idealne (PID) G(s)=x(s)/e(s)=Kp*(1/1/(Ti*s)/Td*s. 7.PID rzeczywiste G(s)=Kp*[1/(1/Ti*s)/(Td*s)/(T/1)]. Kr- wzmocnienie proporcjonalne, Ti- czas zdwojenia (stała czasowa akcji całkującej), Td- czas wyprzedzenia (stała czasowa akcji różniczkującej). Zamiast Kp podaje się często tzw zakres proporcjonalności - odwrotność z dwojenia (%). Rola członów PID. Składa się z 3 członów: P (proporcjonalnego), I (całkującego) oraz D (różniczkującego) połączonych równolegle. a)człon całkujący (idealny) to człon, który na wyjściu daje sygnał y(t) proporcjonalny do całki sygnału wejściowego x(t) y(t)=k ∫ x d. b)człon proporcjonalny (inaczej: bezinercyjny, wzmacniający) to człon, który na wyjściu daje sygnał y(t) proporcjonalny do sygnału wejściowego x(t) y(t)=k*x(t). c)człon różniczkujący (idealny) to człon, który na wyjściu daje sygnał y(t) proporcjonalny do pochodnej sygnału wejściowego x(t) y(t)=k*x'(t).
Budowa, zasada działania, schematy blokowe i obsługa PID. Jest to regulator najbardziej uniwersalny, powstaje przez dołączenie do regulatora PI członu różniczkującego (typu D zwany wyprzedzeniem), który przyspiesza przebieg zachodzących w układzie regulacji. Sygnał wyjściowy członu typu D jest proporcjonalny do prędkości zmian sygnału wejściowego natomiast nie zależy od wartości tego sygnału. W przypadku regulatora dodanie członu D wprowadza do sygnału wyjściowego składni zależnych od prędkości zmian odchyłku regulacji. Dzięki temu do układu wprowadza się jak gdyby przewidywanie (jeżeli odchyłka regulacji narasta regulator wytwarza przeciw sygnał przeciwdziałający temu narastaniu; wcześniej nie mogło to być zrobione na podstawie znajomości aktualnej wartości odchyłki). Zależność między sygnałem otrzymanym na wyjściu członu różniczkującego a sygnałem odchyłki regulacji wyraża się wzorem yd=Td(Δε/Δτ). Td- stała czasowa różniczkowania, czas wyprzedzenia. Właściwości PID określane są przez wartości trzech parametrów charakteryzujących człony składowe reg. tzn zakresem proporcjonalności xp.
Charakterystyki statyczne i dynamiczne regulatora P I D. Zależność miedzy sygnałem wejściowym i wyjściowym mogą być podawane w postaci zależności matematycznych lub w postaci charakterystyki. Rozróżniamy charakterystyki statyczne podające zależność pomiędzy wartością ustaloną sygnału wyjściowego a wartością ustaloną sygnału wejściowego oraz charakterystyki określające właściwości dynamiczne bloków. Charakterystyki dynamiczne określają zachowanie się bloków w stanach nieustalonych przy zmieniających się wartościach sygnału wejścia i wyjścia.
Wpływ nastaw P I D na parametry odpowiedzi czasowych regulatorów. W produkowanych obecnie regulatorach uniwersalnych stosowane są najczęściej następujące zakresy zmian poszczególnych parametrów (nastaw): -zakres proporcjonalności Xp=(1/Kp)*100 w w granicach od 3 - 400%, -czasu zdwojenia Ti w granicach 3sek. Do 30min. -czasu wyprzedzenia Td w granicach 0-15min. Dla PID: -zwiększenie Ti powoduje uwidocznienie się wpływu całkowania przy mniejszych częstotliwościach, czyli po dłuższym czasie, -zwiększanie Td również powoduje zmniejszanie częstotliwości wpływ całkowania jest widoczny oznacza to zwiększenie wpływu elementu różniczkującego. Nastawiając w PID wartość max wartości Ti otrzymamy Reg. PD. Nastawienie max wartości Ti powoduje wyeliminowanie w PID działania całkującego. Dla wyeliminowania działania różniczkującego trzeba nastawić Td=0 stosuje się to gdy w sygnale wyjściowym z obiekt, ponieważ w przeciwnym razie zakłócenia te byłyby dodatkowo wzmacniane przez człon różniczkujący co wpływałoby niekorzystnie na prace układu regulacji.
Sprężenie zwrotne w układach regulacji. W zamkniętym układzie regulacji występuje sprzężenie zwrotne, czyli oddziaływanie wsteczne wielkości regulowanej na wielkość regulującą. Sprzężenie zwrotne występuje zarówno układach regulacji ręcznej (URR) jak i automatycznej (URA). W URR sprzężenie zwrotne zamykane jest przez człowieka, a w URA przez urządzenie zwane regulatorem. Sprzężenie zwrotne może być dodatnie lub ujemne. Charakterystyczną cechą w URA jest występowanie w nich sprzężenia zwrotnego, które powinno być ujemne dla prawidłowego ich działania. Przykłady zastosowań regulatorów P I D. Regulator PID znajduje zastosowanie w automatyce do regulacji procesów, jest jednym ze składników pętli sprzężenia zwrotnego w układzie regulacji. Składa się z 3 członów: P (proporcjonalnego), I (całkującego) oraz D (różniczkującego) połączonych równolegle. Działa w ten sposób, że mierzy "wyjście" procesu oraz może sterować "wejściem", przy czym celem jest utrzymanie wartości wyjściowej na pewnym z góry zadanym poziomie, który jest zwany wartością zadaną. Dodatkowo wartość zadana może się zmieniać w czasie. Regulatora PID używa się np. do sterowania temperaturą procesu, w tym wypadku działa on jak bardzo dokładny termostat. Może również sterować ciśnieniem, prędkością przepływu, składem chemicznym, siłą, prędkością i innymi zmiennymi. Regulatory znajdują zastosowanie w przemyśle samochodowym, w tym przypadku ich zadaniem jest utrzymywanie stałej prędkości samochodu bez względu na warunki jazdy (tzw. tempomat). Praktyczne zastosowanie we wszystkich URA : - ogrzewanie powietrza w szklarni, - utrzymanie temp. podczas pasteryzacji produktów, -napełnianie zbiornika cieczą, - utrzymanie temp. podczas wędzenia. Analityczna metoda doboru, reguła doboru nastaw Zieglera - Nicholsa: doboru nastaw regulatorów liniowych. Używa się ich do uzyskiwania przebiegów przejściowych z przeregulowaniem około 20% min czasu regulacji Tr. Nastawienie przeprowadza się już po zainstalowaniu regulatora w układzie. Kolejność postępowania przy stosowaniu tych reguł: 1. należy regulator nastawić na działanie tylko proporcjonalne P. Działanie całkujące i różniczkujące powinny być wyłączone przez nastawienie Ti dążące do nieskończoności oraz To dążące do zera. 2. należy zwiększać wzmocnienie proporcjonalne Kp regulatora aż do wystąpienia oscylacji niegasnących w układzie. 3. na taśmie rejestratora należy zmierzyć okres tych oscylacji Tosc, a na skali regulatora odczytać krytyczne wzmocnienie proporcjonalne (Kp) Kr przy którym one wystąpiły. 4.zależnie od typu regulatora należy przyjąć typy nastawy: dla regulatora P: Kp=0,5Kp Kr, dla regulatora PI: Kp=0,45(Kp)Ko Ti=0,85Tosc, dla regulatora PID: Kp=0,6(Kp)Ko Ti=0,5Tosc Td=0,12Tosc.