Выбор настроек ПИД регуляторов LB-760A и LB-762

• Тюнинговые регуляторы LB-760A и LB-762
• Выполнение тюнингового эксперимента
• Расчет настроек PID
• Образцы прогонов во время эксперимента
• Двухступенчатый контроль температуры
• Корректировка настроек PID
• Например, получены результаты настройки
• Настройки регулирования CO2
• Дополнительные настройки

Настройки ПИД-регулятора

ПИД-регуляторы (сельскохозяйственные, например: LB-760A - начиная с версии 7.1 программы загрузки, LB-762 и универсальные контроллеры, например, LB-600, LB-472, LB-708) обеспечивают стабильные параметры управления, но требуют экспериментальных измерений. поведение контролируемого объекта (например, зала) и ввод в регулирующие органы соответствующих коэффициентов, информирующих процедуру PID об объекте, с которым он взаимодействует. Коэффициенты ПИД, которые должны программироваться отдельно для каждого процесса (нагрев, охлаждение, увлажнение и сушка), в частности: 

• Kp - коэффициент усиления регулятора, который показывает, насколько сигнал ошибки (т. Е. Разница между заданным значением и измеренным значением) усиливается перед его передачей на выход контроллера. На практике, чем ниже производительность исполнительной системы (например, нагревателя), тем больше будет коэффициент усиления регулятора. Слишком высокое значение усиления приведет к большим колебаниям измерения вокруг установленного значения, а слишком низкое - к «вялой» реакции системы.
• Ti - время интегрирования (удвоения), которое дает вам скорость, с которой (в какое время) должен изменяться сигнал на выходе контроллера. Если это время (например) увеличить вдвое, контроллер изменит медленный выходной сигнал, связанный с этим коэффициентом, в два раза.
  
• Td - время деривации (время обгона), которое указывает, следует ли ограничивать выходной сигнал регулятора, чтобы не чрезмерно регулировать (колебаться) стабилизированный параметр (например, температуру). Обычно время опережения Td должно быть в несколько раз меньше, чем время удвоения Ti.
• OZK (характерный коэффициент для регуляторов LB-760A и LB-762) - отклонение изменения направления, после которого изменяется направление работы регулятора. Например, если регулятор нагревается и разница между измеренной температурой воздуха и заданной температурой больше, чем OZK для «Обогрева», то регулятор перейдет в режим стабилизации температуры путем охлаждения. Значение этих отклонений не должно быть слишком низким (не менее 1,5 ° C и относительной влажности 5%), поскольку это приведет к слишком частому переключению между противоположными направлениями регулятора, что приведет к увеличению потерь энергии.
  
• Задержка задержки (характерный коэффициент для регуляторов LB-760A и LB-762), который вызывает изменение направления работы контроллера при длительной неисправности. Значение этих отклонений должно быть выбрано (приблизительно 0,2 ° C и 0,5%), чтобы достаточно маленькая погрешность изменила направление работы после того времени, после которого параметры в зале стабилизировались (обычно не менее 0,5 часа = 1800 секунд).

Выполнение тюнингового эксперимента

Точный выбор настроек ПИД (настройки) можно получить, выполнив экспериментальное измерение поведения объекта (зала) путем измерения реакции объекта на скачок единицы в открытой системе (т. Е. С отключенным автоматическим регулированием). Эксперимент состоит в изучении того, как изменения ручного управления (изменения выходных сигналов регулятора) влияют на измерения в установке. В ходе эксперимента следует учитывать следующие требования:

• Настройка возможна только для функции, которая в настоящее время используется для стабилизации параметров объекта. Например, если температура стабилизируется нагреванием, настройка охлаждения не может быть выполнена в это время.
• Должны быть указаны подходящие целевые значения среды (температура горячей и ледяной воды).
• Внешние условия должны быть максимально стабильными. Настройка может быть затруднена утром, вечером, после внезапных дождей и т. Д.
• Осушение воздуха осуществляется путем охлаждения, в результате чего конденсатор конденсирует воду при температуре ниже точки росы, а затем нагревает воздух до необходимой температуры. В этом случае необходимо оставить мощность нагрева в режиме автоматического управления, чтобы температура воздуха в зале поддерживалась на постоянном заданном уровне.
• Сохраняйте следующую последовательность настройки: сначала для температуры (нагрев и охлаждение), а после достижения стабильного контроля температуры в зале - только для влажности (увлажнение и сушка). Настройка концентрации CO2 может быть выполнена в любое время.
• Следует также отметить, что нестабильная температура будет вызывать нестабильную влажность в зале (изменение на 1 ° C означает изменение относительной влажности примерно на 6%), поэтому регулирование всегда должно начинаться с температуры.

Во время настройки выполните следующие операции:

• В течение времени настройки измените период регистрации данных на контроллер на 30 секунд, что позволит точно считывать результаты с зарегистрированных графиков (Настройки оборудования, вкладка Общие).
• Установите контроллер в ручной режим (установите ручной режим управления выходами и запрограммируйте вручную такую ​​мощность управления этими выходами, которая соответствует средней наблюдаемой мощности управления для данного выхода для требуемого климата в зале).
• Подождите, пока условия в зале стабилизируются без регулировки (на выбранных ручных настройках выходных сигналов).
• Измените значение выходного сигнала на тестируемом выходе на заданное значение (например, увеличьте сигнал нагрева на 10%).
• Наблюдайте и регистрируйте на графике реакцию измеренного значения (например, температуры в зале) на этот скачок, пока новые условия в зале не стабилизируются снова. Реакция зала должна быть отчетливо видна в виде асимптотического изменения нового значения (например, температуры).
• На основании хода изменения регулируемого параметра (например, температуры) считайте характеристические константы объекта из графика и рассчитайте параметры ПИД регулятора на основе следующих простых формул.
• Введите рассчитанные параметры ПИД в контроллер (для функции, к которой был применен эксперимент) и переключите контроллер в режим автоматического управления с новыми параметрами ПИД.
• По завершении настройки восстановите контроллер до 10 минут (600 секунд).

Отсутствие четкого влияния контрольного значения на изменение результата измерения в установке указывает на технические проблемы с исполнительными устройствами, такие как:

• слишком низкая эффективность источников энергии,
• температура среды слишком низкая,
• значительные скачки эффективности среды - превышение изменений измерения, вызванных заданным шагом контрольного сигнала во время эксперимента (результат измерения «спрятан» под искажениями),
• неправильные настройки во время эксперимента по настройке.

Расчет настроек PID

Теоретический ход поведения каждой системы в зависимости от времени в течение эксперимента (проведенный методом «реакция на скачок единицы в открытой системе») показан на рисунке 1, где:

• Y - шаг управляющего сигнала (например, при изменении выходной мощности нагреваемой мощности с 30% до 40% ход будет составлять 40 - 30 = 10%), верхний ход (рис. 1),
• A - изменение измерения в зале, вызванное высотой контрольного сигнала (например, изменение температуры в зале),
• d - задержка начала изменения измерения в зале по сравнению со временем прыжка (в секундах),
• t - продолжительность изменения измерения в зале (например, время повышения температуры в зале, в секундах).

1. Теоретические курсы во время
настройка эксперимента с использованием метода ответа
для прыжка юнитов в открытой системе

Единицами измерения, описывающими реакции объекта A, являются: 1 ° C, относительная влажность 1% и концентрация CO2 100ppm.

При определении значений времени d и t следует создавать касательную в точке наибольшего наклона зарегистрированного измерения (например, переменной температуры в зале), как показано на рисунках 1, 2 и 3.

Исходя из этого, параметры ПИД могут быть определены достаточно близко к оптимальному (для нагрева, охлаждения, увлажнения и сушки), который затем должен быть запрограммирован в контроллере:

• Коэффициент усиления регулятора: Kp = Y * t / (d * A),
• Интегральное время (удвоение) контроллера: Ti = 2,4 * d,
• Время дифференцирования (время выполнения) регулятора: Td = 0,4 * d,

Пробные прогоны во время эксперимента

2. Реальные осциллограммы, полученные в ходе эксперимента по настройке нагрева

Например, во время проверки поведения нагрева в реальном объекте были получены сигналы, как на рисунке 2. Для принудительного скачка мощности нагрева Y = 10% из графика были считаны следующие значения: d = 5 * 60 = 300 секунд, t = 20 * 60 = 1200 секунд и A = 2 ° С Таким образом, рассчитанные параметры ПИД для нагрева будут:

• Коэффициент усиления регулятора: Kp = Y * t / (d * A) = 10 * 1200 / (300 * 2) = 20,
• Интегральное время контроллера: Ti = 2,4 * d = 2,4 * 300 = 720 с,
• Дифференциальное время регулятора: Td = 0,4 * d = 0,4 * 300 = 120 с.

Особое внимание следует уделить точному измерению времени d, так как оно используется для расчета обоих факторов: Ti и Td. Коэффициент Td должен быть примерно в 4-8 раз меньше, чем Ti. Измеренный курс эффективности нагрева указывает на правильную работу исполнительных устройств, реакция быстрая и соответствует ожиданиям управления (см. Рис. 1).

3. Реальные формы волны, полученные во время эксперимента по настройке увлажнения

• Коэффициент усиления регулятора: Kp = Y * t / (d * A) = 5 * 360 / (960 * 3,2) = 1,
• Время интегрирования контроллера: Ti = 2,4 * d = 2,4 * 960 = 2300 с,
• Дифференциальное время регулятора: Td = 0,4 * d = 0,4 * 960 = 380 с.

Измеренный ход регулирования увлажнения не указывает на хорошую работу устройств, реакция влажности на управляющий сигнал значительно задерживается (на d = 960 с), и после слишком быстрого повышения влажности в зале возникают самопроизвольные колебания влажности (без участия регулятора). Эти изменения не соответствуют ожиданиям теории регулирования, что проявляется в трудностях получения точного регулирования.

Двухступенчатый контроль температуры

Чтобы улучшить стабилизацию с помощью контроллера, в регуляторе LB-762 введено двухвариантное управление температурой, включенное в новую вкладку «Регулирование температуры»:
1-этапное регулирование - стандартное (действует на текущей основе),
2-этапное управление, при котором функции управления делятся на 2 части:

• стабилизация температуры на выходе из кондиционера, с параметрами, установленными в окнах под описанием параметров кондиционирования,
• стабилизация температуры в зале, с параметрами, установленными в окнах под описанием Параметры зала.

Для 2-этапного управления выбор параметров ПИД выполняется в следующие шаги:

• на вкладке Переключатель контроля температуры для ручного управления настройкой T кондиционера установите желаемое значение,
• выполнить выбор параметров ПИД-регулятора для температуры, как описано в разделе «Выполнение эксперимента по настройке», в результате чего Y управляющего сигнала вызывается скачком мощности нагрева / охлаждения на вкладке «Выходы», и измерение А в этом случае относится к температуре Т нагревателя, то есть к температуре выходящего воздуха. кондиционер (а не T воздуха, измеренный в зале, как раньше),
• переключитесь на вкладке Outputs, контроль температуры на автоматический,
• выполнить выбор параметров ПИД для температуры, как описано в разделе «Выполнение эксперимента по настройке», при котором скачок y управляющего сигнала вызван скачком температуры в окне, ручное управление системой T кондиционирования воздуха, в то время как измерение A в этом случае касается измерения температуры T воздуха,
• переключить контроль температуры на 2-х ступенчатое регулирование,
• установите на вкладке Контроль температуры значение Максимально допустимая разница температур на выходе кондиционера по отношению к установленной температуре в зале по мере необходимости (чтобы температура на выходе кондиционера не была слишком далека от установленной температуры в зале).

Двухступенчатое регулирование предназначено для быстрой компенсации влияния сушки (например, в результате интенсивной работы кулера летом) на падение температуры в зале, так что воздух из кондиционера должен иметь более равномерную температуру.

Исправление настроек PID

После программирования рассчитанных настроек ПИД-регулятора необходимо выполнить дополнительную коррекцию (для лучшей работы контроллера, то есть для более стабильного поведения выходов контроллера) путем изменения коэффициентов ПИД-регулятора. Необходимо изменить только набор параметров ПИД-регулятора, который применяется к исправленному процессу (например, настройки ПИД-регулятора нагрева, если мы хотим улучшить стабильность нагрева). Параметры PID взаимодействуют друг с другом, поэтому вы должны внести изменения только в один параметр, дождаться изменения в поведении системы и на этой основе оценить, идут ли изменения в правильном направлении. Параметры лучше всего выбирать, изменяя значение в два раза выше или в два раза ниже. Во время изменений вы должны соблюдать следующие правила:

• Бесплатный ответ объекта:
• увеличить усиление КП,
• o уменьшить время интегрирования Ti и время дифференцирования Td,
• Чрезмерное регулирование:
• уменьшить усиление Kp,
• увеличить время дифференциации Td,
• Колебания:
• уменьшить усиление Kp,
• увеличить время интегрирования Ti,
• уменьшить время дифференциации Td,
• Нестабильность:
• увеличить время интегрирования Ti.

Например, полученные результаты настройки

4. Актуальная регулировка после установки нагревательного ПИД

Например, фактические результаты после выполнения настройки нагрева и программирования рассчитанных параметров ПИД-регулятора показаны на рис. 4. Графики показывают стабильное регулирование температуры с небольшой погрешностью (+/- 0,2 °C) и правильную реакцию устройств на ступенчатое изменение уставки на 1 °C.

Настройки регулирования CO2

Во время эксперимента с контролем концентрации CO2 определяется только усиление регулятора: Kp = Y / A. В этом случае должны переключаться только выходы вентиляции и воздуха (управление заслонкой приточного воздуха), оставляя выходы контроллера в автоматическом режиме. Вызов контрольного шага значения выходного сигнала состоит в изменении выходного сигнала управления воздухом (т. Е. Изменения положения воздушных заслонок в смесительной камере).

Например, для CO2: для скачка выхода воздуха на Y = 15% и результирующего изменения измеренной концентрации A = 1000 ppm = 10 * 100 ppm рассчитанный коэффициент усиления регулятора будет: Kp = Y / A = 15/10 = 1,5.

Вспомогательные настройки

Вспомогательные настройки регуляторов LB-760A и LB-762 используются для обеспечения оптимального перехода между противоположными исполнительными механизмами, то есть между нагревом и охлаждением, а также между увлажнением и осушением. Рекомендуемые значения вспомогательных настроек, сопровождающих параметры PID на вкладке «Коррекция»:

• для температуры:
• для отопления и охлаждения: отклонение от изменения направления (OZK) = 1,5 ° C,
• отклонение при изменении направления с длительной погрешностью = 0,2 ° C,
• для влажности:
• для увлажнения и сушки: отклонение изменения направления (OZK) = 5%,
• отклонение от направления с длительной ошибкой = 0,5%,
• время длительной ошибки = 2400 секунд.

Эти отклонения не следует устанавливать на слишком малые значения, так как слишком часто устройства будут чередоваться с уменьшением и увеличением данного параметра, что приведет к увеличению энергопотребления.