ПІД-регулятор: опис, склад, налаштування

Дуже часто для системних процесів необхідно, щоб контрольований параметр (наприклад, температура або швидкість обертання) був здатний миттєво реагувати на вплив ззовні і при цьому підтримувати інші значення системних констант, таких як тиск, потік і т. п. В якості прикладу можна навести насосну систему, яка містить декілька клапанів для відводу рідини. Для підтримки постійного рівномірного потоку на кожному клапані тиск трубопроводу повинна мати постійне значення. Якщо насос системи управляється приводом, то в разі відкриття одного або декількох клапанів швидкість мотора необхідно підвищувати, а у разі закриття - знижувати. Так у системі буде підтримуватися постійний тиск. Для забезпечення такої роботи потрібно ПІД-регулятор. Тиск системи вимірюється датчиком і порівнюється із заданим значенням. За результатами порівняння ПІД-регулятор контролює швидкість мотора. У цій статті ми розглянемо, що ж являє собою такий пристрій.

З чого складається ПІД-регулятор

З метою усунення помилок у системі до складу згаданого пристрою входять три складових: інтегральний, диференціальний і пропорційний регулятори. Пропорційний прилад є основним там, де завдання рівня швидкості пропорційно помилку. Проте якщо використовувати тільки цю складову, то в системі завжди буде присутня помилка. Високі значення даного пристрою призводять до коливань і нестабільності системи, а низькі - до «млявості». Інтегральний прилад використовують для виключення помилок. Швидкість зростає до моменту виключення похибки (при негативній помилку - зменшується). Відносно малі величини інтегральної складової справляють істотний вплив на роботу приладу в цілому. Якщо встановити занадто велике значення, то система почне працювати з перерегулюванням. Диференціальне пристрій оцінює швидкість зміни помилок, воно застосовується для збільшення швидкості системи. Однак при підвищенні швидкодії регулятора збільшується і рівень перерегулювання, що може призвести до нестабільності системи. Найчастіше дана складова виставляється на значення, близьке до нуля, однак вона може виявитися вельми корисною в системі позиціонування. Свою назву ПІД-регулятор отримав по перших буквах цих трьох компонентів. Як видно з опису приладу, важливою вимогою до правильної роботи приладу є його налагодження.

Настроювання ПІД-регулятора

Для кожної системи настроювання приладу проводиться індивідуально, тут ми розглянемо основні рекомендації, загальні для різних ситуацій: 1. Встановити диференціальну та інтегральну складові в нуль. Задати максимальну швидкість і спостерігати за реакцією. 2. Збільшити пропорційну складову і повторити пункт перший. Продовжувати цю процедуру до початку автоколивального процесу. 3. Зменшувати цю складову до стабільності системи. 4. Виставити значення пропорційною складовою на 15 % нижче стійкого. 5. Виставити східчасто-максимальне значення швидкості з допомогою зміни інтегральної складової. 6. Зазвичай диференціальний регулятор в налагодженні не потребує. 7. Перевірити стабільність системи.

Висновок

Застосування подібних пристроїв у техніці дуже широко використовують їх практично в будь-якій сфері людської діяльності. Так, наприклад, ПІД-регулятор температури присутня в електрочайнику або в персональному комп'ютері (ПК він потрібний для регулювання швидкості обертання вентиляторів при збільшенні температури процесора).