PIDU – PID regulátor

Symbol blokuPotřebná licence: STANDARD

Popis funkce
Blok PIDU představuje základní prvek pro realizaci kompletního PID regulátoru (P, I, PI, PD, PID, PI+S). V základním nastavení může fungovat samostatně jako standardní PID regulátor s dvěma stupni volnosti. Podporuje jak automatický ( $MAN = off$ ), tak manuální režim ( $MAN = on$ ).

V automatickém režimu ( $MAN = off$ ) blok PIDU implementuje PID řídicí zákon s dvěma stupni volnosti podle vzorce:

U (s) = \pm K \{b W (s) - Y (s) + \frac{1}{T_{i} s} [W (s) - Y (s)] + \frac{T_{d} s}{\frac{T_{d}}{N} s + 1} [c W (s) - Y (s)]\} + Z (s)

kde $U (s)$ je Laplaceova transformace řídicí veličiny mv, $W (s)$ je Laplaceova transformace požadované hodnoty sp, $Y (s)$ je Laplaceova transformace regulované veličiny pv, $Z (s)$ je Laplaceova transformace dopředné vazby dv a $K$ , $T_{i}$ , $T_{d}$ , $N$ , $b$ , $c$ jsou parametry regulátoru. Znaménko pravé strany závisí na parametru RACT. Rozsah řídicí veličiny mv (polohového výstupu regulátoru) je omezen parametry hilim, lolim. Parametr dz udává pásmo necitlivosti v integrační složce regulátoru. Navíc integrační složka může být vypnuta a zafixována na své aktuální hodnotě vstupem IH ( $IH = on$ ). Pro správnou funkci regulátoru je nutné propojit výstup regulátoru mv se vstupem tv a správně nastavit časovou konstantu vysledovávání tt.

Doporučené nastavení časové konstanty tt pro PID regulátor je $tt \approx \sqrt{T_{i} T_{d}}$ a pro PI regulátor $tt \approx T_{i} ∕ 2$ . Toto nastavení zajišťuje hladký přechod mezi manuálním a automatickým režimem a efektivní funkci antiwindup při saturaci výstupu mv. Nastavením tt lze upravit reakci regulátoru na saturaci (například při odrazu od limitů způsobených šumem) a při změně mezi různými regulátory (např. velikost skoku při přepnutí, pokud existuje regulační odchylka). Hodnota 0 automaticky aplikuje doporučené nastavení pro PI a PID regulátory. U regulátorů bez integrační složky znamená deaktivaci sledování. Pro aktivaci sledování u P nebo PD regulátorů (např. pro regulaci kolem rovnovážného bodu) je třeba nastavit kladnou hodnotu tt vyšší než je vzorkovací perioda. Deaktivace sledování u regulátorů s integrační složkou není možná kvůli riziku windup efektu.

Pro zesílení platí, že hodnota $K = 0$ vypne regulátor. Záporné hodnoty nejsou dovoleny (k tomu slouží parametr RACT. Nastavení časové integrační konstanty na $T_{i} = 0$ vypne integrační složku regulátoru (stejný efekt jako vypnutí parametrem irtype). Pro $T_{d} = 0$ dojde k vypnutí derivační složky regulátoru. Přídavné výstupy dmv, de a SAT poskytují po řadě rychlostní výstup regulátoru (diference mv), regulační odchylku a příznak saturace výstupu regulátoru mv.

Bloku PIDU je možné pomocí parametru icotype připravit na propojení s dalšími typy řídicích bloků. Parametr icotype může mít nastaveny následující hodnoty s danými významy:

analogový - klasický režim bloku,
PWM - režim vhodný pro zapojení výstupu mv na vstup pulzně-šířkově modulované regulace PWM,
SCU - režim pro zapojení s krokovým regulátorem s polohovou zpětnou vazbou SCU),
SCUV - režim pro zapojení s krokovým regulátorem bez polohové zpětné vazby SCUV.

Pro poslední možnost platí, že význam výstupů mv, dmv a SAT je v tomto případě pozměněn: výstup mv je roven součtu P a D složky regulátoru, zatímco výstup dmv poskytuje diferenci jeho I složky a výstup SAT nese informaci pro blok SCUV, zda je regulační odchylka de v automatickém režimu menší než pásmo necitlivosti dz. Pro případ propojení bloků PIDU a SCUV se navíc doporučuje volit váhový koeficient požadované hodnoty pro derivační složku c rovný nule.

V manuálním režimu ( $MAN = on$ ) je vstup hv kopírován na výstup mv, pokud nenaráží na horní či dolní omezení výstupu regulátoru. Celková regulační funkce bloku PIDU je zřejmá z následujícího obrázku.

Tento blok propaguje kvalitu signálu. Více informací je uvedeno v sekci 1.4.

Vstup

dv	Proměnná dopředné vazby	Double (F64)
sp	Požadovaná hodnota (setpoint)	Double (F64)
pv	Řízená veličina	Double (F64)
tv	Veličina pro vysledování	Double (F64)
hv	Hodnota výstupu v manuálním režimu	Double (F64)
MAN	Manuální nebo automatický režim	Bool
	off .. automatický režim on ... manuální režim
IH	Zastavení integrace	Bool
	off .. integrování povoleno on ... integrování pozastaveno

Parametr

irtype	Typ regulátoru $⊙$ 6	Long (I32)
	1 .... D 2 .... I 3 .... ID 4 .... P 5 .... PD 6 .... PI 7 .... PID
RACT	Převrácené působení výstupu regulátoru	Bool
	off .. vyšší mv -> vyšší pv on ... vyšší mv -> nižší pv
k	Zesílení regulátoru $↓$ 0.0 $⊙$ 1.0	Double (F64)
ti	Integrační časová konstanta $↓$ 0.0 $⊙$ 4.0	Double (F64)
td	Derivační časová konstanta $↓$ 0.0 $⊙$ 1.0	Double (F64)
nd	Parametr filtru derivační složky $↓$ 0.0 $⊙$ 10.0	Double (F64)
b	Váhový faktor pro proporcionální složku $↓$ 0.0 $↑$ 2.0 $⊙$ 1.0	Double (F64)
c	Váhový faktor pro derivační složku $↓$ 0.0 $↑$ 2.0	Double (F64)
tt	Časová konstanta vysledování $↓$ 0.0 $⊙$ 1.0	Double (F64)
hilim	Horní mez akčního zásahu regulátoru $⊙$ 1.0	Double (F64)
lolim	Dolní mez akčního zásahu regulátoru $⊙$ -1.0	Double (F64)
dz	Pásmo necitlivosti	Double (F64)
icotype	Typ výstupu regulátoru $⊙$ 1	Long (I32)
	1 .... analogový 2 .... PWM 3 .... SCU 4 .... SCUV

Výstup

mv	Akční zásah regulátoru (manipulated variable)	Double (F64)
dmv	Rychlostní výstup regulátoru (diference)	Double (F64)
de	Regulační odchylka	Double (F64)
SAT	Saturace	Bool
	off .. lineární zákon řízení on ... výstup regulátoru je saturován

[Předchozí] [Na začátek] [Výše] [Další]