Spørsmål om PID-regulator

[Thomas.]

Lurer på hvordan man egentlig stiller inn en PID-regulator?

 

http://en.wikipedia....3Nichols_method

Her er en metode, men har litt vanskelig med å fortstå hva som står der

Hva er K_u og P_u? Er det mA? Isåfall, fra?

 

La oss si du skal regulere temperaturen i en kanal med en vifte som står på konstant, setter sett verdien til 40 grader. Hvordan ville du gått fram da for å stille inn regulatoren?

[geir__hk]

Det er mest vanlig å måle i volt. Men det finnes jo opamper som sammenlikner strøm, men det er nok mindre vanlig.

[BigJackW]

Nå kalles alle disse verdiene forskjellige fra språk til språk, men la oss ta wiki artikkelen;

 

K_u kalles også "P-kritisk". Det er den P-verdien har (regulatoren) når ER-verdien har en jevn svinging, samt at I-tid og D-tid er satt ute av drift (enten til 0 eller uendelig, varierer litt fra regulator til regulator).

 

 

P_u (I-kritisk) er tiden det tar fra topp til topp;

 

 

Slik jeg pleier og stille inn PID-regulatorer (ziegler-nichols) setter jeg I-tid og D-tid ute av drift. Sett skal-verdien nærmest mulig er-verdien siden det er temperatur det er snakk om. Bedre at du går til den enn at du kommer til den.

 

Begynn på f.eks. en forsterkning på 2 (P-verdi) og sett opp skal-verdien til 25. Om du ikke får harmoniske svingninger; er-verdien jevner seg ut, må du øke forsterkningen til du får harmoniske svingninger slik som på bildet. Blir svingningene større og større må du senke. Du må endre skal-verdien mellom hver endring på forsterkningen for å sette sløyfen i svingninger.

 

Når du nå har harmoniske svingninger kan du ta tiden mellom to topper (høyeste er-verdi). Denne vil nok ta litt tid regner jeg med siden det er temperatur du holder på med. Trege saker!

 

Du har nå P-kritisk og I-kritisk. Da kan du regne ut parameterne ved å multiplisere P-kritisk med 0.6 for å få P-verdi, dele I-kritisk på 2 for I-tid, og dele I-kritisk på 8 evt. I-tid på 4 for og få D-tid.

 

Dette er da "Ziegler-Nichols 1. regel" om du skulle lure.

 

 

Ziegler og Nichols’ 1. regel

 

Ziegler og Nichols’ 1. regel brukes for å optimalisere en prosess når man kan tillate seg å sette prosessen i svingninger. Den er å betrakte som en tommelfinger-regel, og den foretas i ei lukket regulerings-sløyfe.

 

• 1. Regulatoren stilles inn som ren P-regulator
  2. Forsterkningen økes - resp. P-båndet reduseres - til prosessen begynner å svinge harmonisk, dvs. at den kurven som viser målesignalet svinger uten at amplituden øker eller avtar, (se Figuren)
  3. Svingetiden for en periode måles med stoppeklokke og kalles Tkrit. Den tilhørende forsterkningen kalles Fkrit resp. proposjonalbåndet kalles xPkrit
  4. P-regulatoren stilles slik: FR = 0,5 ⋅ Fkrit resp. xP = 2 ⋅ xPkrit
  5. P-I regulatoren innstilles slik: FR = 0,45 ⋅ Fkrit resp. xP = 2,2 ⋅ xPkrit I-tid (Tn, Reset time) = 0,85 ⋅ Tkrit
  6. P-I-D-regulatoren innstilles slik: FR = 0,6 ⋅ Fkrit resp. xP = 1,7 ⋅ xPkrit I-tid = 0,5 ⋅ Tkrit D-tid (Tv , Rate, Derivative time) = 0,12 ⋅ Tkrit

 

 

Nå skal det nevnes at D-regulatoren er fryktelig følsom for støy så det holder som oftest med en PI-regulator.

 

Om du skal borti f.eks. tankmåling med en DP-celle må den kalibreres først.

 

Vanligst er vel 4-20mA og 1-5V sløyfer.

 

En stund siden jeg har holdt på med dette nå men bare spør så skal jeg se om jeg får svart.

 

Litt lesestoff:

http://home.online.no/~jo-at/pdf/Reguleringsteknikk.pdf <- anbefales

http://www.bitbok.no/kjemiprosess/boka/3-reguleringsteknikk/pid-regulator/

http://ndla.no/nb/node/3200?fag=43&meny=29

http://ndla.no/nb/node/3201

 

Anbefaler deg å prøve Kybsim regulerings-simulatoren:

Runtime

Simulatoren

Endret 15. november 2011 av BigJackW

[Thomas.]

Om du skal borti f.eks. tankmåling med en DP-celle må den kalibreres først.

Vanligst er vel 4-20mA og 1-5V sløyfer.

 

En stund siden jeg har holdt på med dette nå men bare spør så skal jeg se om jeg får svart.

 

Nice, takk for svar

Har du noen tips til regulering av nivå (f.eks vannmengde)? Hva ville du gjort anderledes da forhold til temperaturen?

Læreren min sier at det er vanlig med offset på regulatorene, er det noe vi må ta hensyn til under innstilling og?

 

P_u (I-kritisk) er tiden det tar fra topp til topp;

Vil det da si, hvis temperaturen stadig går mellom 35 og 40 hvis setpunktet er 37, så skal jeg telle antall sekunder mellom 40 har kommet to ganger? Hvor lenge skal regulatoren stå å regulere før den er "trygg" å regne på?

[BigJackW]

Du går frem på samme måte ved regulering av nivå også, mye bedre å øve seg på siden det går mye fortere enn ved temperaturendringer. Pass på at tanken ikke renner over når du setter prosessen i svingninger tho.

 

Litt usikker på hva læreren din mener med offset siden det har flere meninger, men det må vel være det at om du har sett-verdi på 40% mens regulatoren stabiliserer seg på f.eks. 39% så har du et offset. Dette er mer vanlig/større problem på PI-regulatorer enn PID tror jeg.

 

Ja tiden mellom ca. 40 to ganger, i sekunder. Du kan anta at det er trygt å finne parameterne når du har sånn ca. de samme topp-verdiene over og over igjen. Ziegler-nichols er bare en tommelfingerregel så det kan hende du må justere litt på egenhånd etter at du har benyttet Ziegler-nichols.

Endret 15. november 2011 av BigJackW

[Thomas.]

Hmm, metoden din fungerte ikke helt

Kan være fordi det er en slags puls-bredde utgang på regulatoren som er brukt? Da er det enten på eller av? Ikke 4-20mA.

[BigJackW]

Pulsbredde utgang (PWM-Pulse Width Modulation) er rett og slett at utganger går av og på veldig fort. Om det f.eks. er 0-10v så vil du ha 5v om den er av halve tida og på halve tida. Men det er irrelevant. Hvilken utgang det er skal ikke ha noe å si for fremgangsmåten.

Endret 17. november 2011 av BigJackW

[Thomas.]

Kanskje jeg bare var litt kjapp med innstillingen, da.

Gikk bare ann å sette I fra 1 til 999. Med andre ord, betyr det at den ikke kan slåes av? Eller sette den til maks så er den "deaktivert"?

[BigJackW]

I-tid deaktiveres ved å sette til maks ja. Noen regulatorer brukes 0, men siden din er fra 1-999 er det maks som gjelder. D-tid deaktiveres ved å sette den til 0.

[Thomas.]

I-tid deaktiveres ved å sette til maks ja. Noen regulatorer brukes 0, men siden din er fra 1-999 er det maks som gjelder. D-tid deaktiveres ved å sette den til 0.

 

Kom over denne videoen:

 

Fra 4:20 viser han et eksempel. Han får et avvik på 10. Men hva er 10? (Hvis du har en 4-20mA skala? Eller har det ingenting med signalet ut å gjøre)

Endret 14. februar 2012 av Thomas.

[bamse87]

Good Gain-metoden er også en enkel og velfungerende metode. http://techteach.no/publications/articles/good_gain_method/good_gain_method.pdf

[Sutekh]

Litt usikker på hva læreren din mener med offset siden det har flere meninger, men det må vel være det at om du har sett-verdi på 40% mens regulatoren stabiliserer seg på f.eks. 39% så har du et offset. Dette er mer vanlig/større problem på PI-regulatorer enn PID tror jeg.

PI-regulatorer vil generelt ikke ha et konstant avvik (gitt at ikke tuningen er helt på trynet), siden integratorvirkningen tar seg av det. Rene P-regulatorer vil som oftest ha et lite avvik, siden pådraget er proporsjonalt med differansen mellom settpunkt og tilstand. PID-regulatorer har samme oppførsel med hensyn på statisk avvik som PI-regulatorer, men andre egenskaper med tanke på høyfrekvente og "bratte" inngangssignaler.

 

Ulempen med PI-regulatorer er at hvis differansen initielt er stor, så vil du få et veldig stort integralledd, og da vil det ta tid før integralleddet går tilbake mot null ("lader seg ut"). Så du risikerer at tilstanden overskyter settpunktet. Det finnes teknikker for å unngå det (at integralleddet kan gå i metning, eller at integratoren kortsluttes når differensen mellom settpunkt og tilstand er over et visst nivå), men det er gjerne lettere å implementere digitalt enn analogt.