Каскадное ПИД регулирование
Постараюсь простыми словами изложить практическую суть достаточно сложных процессов регулирования.
Процесс: ПИД регулирование приточно-вытяжной систем.
Если вы ждете статью от специалиста, знающего ТАУ, то должен разочаровать, так как ТАУ (Теория Автоматического Управления) не изучал. Выводы делаю исходя из практического опыта внедрения различных установок и настройки контуров.
Тем не менее из основного: каскадная система регулирования это когда два ПИД регулятора работают в паре. Один регулятор обычно достаточно быстрый, а другой достаточно медленный, при этом эта связка образует связку из двух контуров, обеспечивающих двойную (независимую) стабилизацию процесса.
В данной системе есть датчик температуры подачи воздуха в помещение, насос, регулирующий клапан на трубе обратной воды, датчик температуры обратной воды. При открывании клапана вода быстро проходит через радиатор, воздух забирает тепло с радиатора и теплоноситель возвращается к датчику температуры обратной воды. Настройка системы усложняется тем, что она состоит из двух замкнутых контуров, раскачивающихся с разной частотой. Контур первый - это контур приточного воздуха, он медленный и инертный. Контур второй - это контур обратной воды, менее инертный, но со своим характером. Второй контур достаточно быстрый, требующий своевременной реакции. Оба контура (вода и воздух) нуждаются в независимой настройке и стабилизации, что подтверждается реальным примером.
Через радиатор проходит воздух, и на выходе из вентиляционной системы размещен датчик, который регистрирует температуру приточного воздуха. По идее, в самых простых случаях должно хватать одного ПИД контура, способного подавать команду на клапан в соответствии с рассогласованием между установленным значением и температурой подачи воздуха. Однако нужно понимать, что два контура могут раскачиваться с разными амплитудами и с разной частотой, соответственно, для стабилизации системы в целом лучше разбить задачу на части и стабилизировать каждую из них независимо друг от друга. Целесообразно создать два ПИД контура, один медленный, второй быстрый, выстроив их в каскад.
Алгоритм PID включает в себя три основных коэффициента:
P –«педальный» коэффициент, от него зависит скорость/величина отклика устройства на рассчитанную дельту/рассогласование. Слишком малая величина – будет не хватать и процесс окажется недорегулированным. Слишком большая величина - вероятны волны и , как следствие, перерегулирование и раскачка.
I – коэффициент, от которого зависит прогнозируемое воздействие на контур. Иногда ставлю достаточно большие числа, около 160, что добавляет контуру инертности. При этом клапан начинает реагировать на текущий процесс с некоторым опережением. Прибавлять надо аккуратно, по чуть-чуть, с анализом того, что происходит на графике.
D – коэффициент успокоения остаточных колебаний. Обычно ставится очень маленькая величина или не ставится вовсе, так как может и мешать.
Что такое контур регулирования? Это некоторая замкнутая через регулируемую среду последовательность устройств. Технологический процесс начинается от датчика, который измеряет температуру регулируемой среды. Этот датчик передает значение температуры в контроллер. В контроллере алгоритм ПИД сравнивает это значение с установленным и вычисляет воздействие, которое должно быть отправлено на регулирующий клапан для стабилизации процесса.
Каскадный это определения принципа, как некой последовательности от грубого к точному. Так например каскадные регуляторы особенно распространены в процессах нефтехимии и газопереработке.
Каждый контур настраивается по-разному. Тот контур, который предназначен для регулирования температуры приточного воздуха, делается очень медленным и инертным с большой степенью предугадывания. Контур, регулирующий температуру воды после радиатора, делается достаточно быстрым также с элементом предугадывания. Получается каскадная схема регулирования с медленным основным и быстрым подчинённым контуром управления.
Важно: в основном контуре необходимо установить минимальные и максимальные ограничения от 18С до 45С. Слишком холодная вода не требуется, тем более, что есть защита радиатора по температуре обратной воды и к ней желательно не приближаться. Верхний порог тоже важен, так как чем больше разница от минимума до максимума, тем сложнее будет сбалансировать работу контура.
У подчиненного контура также выставляем минимум и максимум положения клапана.
Верх – максимально возможное 100%.
Низ – программно настраиваемое значение. В случае приближения температуры обратной воды к пороговому значению, необходимо постараться приоткрыть клапан заблаговременно, предотвращая срабатывание защиты.
Так выглядит работа с контуром регулирования с одним PID. Настроить систему совершенно без колебаний одним ПИД регулятором не выходило. Тот всплеск, что слева на графике – фиксация срабатывания защиты по замерзанию.
Так стало работать после внедрения второго PID FB. Автоколебания по подчиненному контуру все еще видно, но в данном случае предпочел остановить настройку, так как считаю, что важна быстрая реакция (график из Owencloud).
Увеличили D, уменьшили P, стало еще немного стабильнее. Контур температуры обратной воды достаточно капризный
Возникает закономерный вопрос - могут ли данные ПИД регуляторы конфликтовать между собой в процессе работы, ведь по факту общее устройство одно?
Вероятность каких-то конфликтов есть, если регуляторы не настраивать. Если настроить относительно корректно, то регуляторы начинают хорошо работать как один общий элемент. Один просит определенную температуру воды, а второй работает уже непосредственно с клапаном и подготавливает предыдущему нужную температуру воды. Получается как бы коллективная работа.
Какие коэффициенты ставятся для регулятора приточного воздуха
P – 0.6
I – 35
D – 0.0002
Какие коэффициенты ставятся для регулятора приточного воздуха
P – 2
I – 150
D – 0.0002
Так стало выглядеть в итоге
Посмотреть как работает данная WEBSCADA можно по
ссылке
#НастройкаПИД, #коэффициентыобратнойводы, #каскадноерегулирование, #pid, #контуррегулирования, #алгоритмпид, #каскаднаясистемаэто
29.03.2023
21.11.2021
21.11.2021
21.11.2021
21.11.2021