Proces strojenia
Aby przeprowadzić strojenie regulatora należy powziąć następujące kroki
- Rejestrowanie przebiegu odpowiedzi – należy przygotować mierniki/oscyloskopy, które pozwolą nam obserwować czy reakcja naszego obiektu jest zgodna z oczekiwaniami
- Zapewnienie bezpiecznych warunków – w czasie nieostrożnego strojenia regulatora możemy wprowadzić obiekt np. w drgania, które mogą w skrajnym przypadku zniszczyć urządzenie lub zranić osoby w pobliżu. W trakcie strojenia należy więc przygotować tak zwany „kill switch” – np. główny wyłącznik zasilania, którym w każdej chwili będziemy mogli wyłączyć urządzenie
- Sprawdzenie czy nasz regulator jest wyposażony w opcję „autotune” – jest to opcja samostrojenia regulatora. Każdorazowo przed uruchomieniem tej procedury należy przeczytać instrukcję jej wykonywania (powinna być opisana w DTR regulatora). UWAGA – nieprawidłowe wykonanie procedury może mieć bardzo niepożądane skutki ze zniszczeniem sterowanego urządzenia włącznie.
- Jeśli regulator nie ma opcji „autotune” lub nie chcemy z niej korzystać – zawsze warto rozpocząć wstępne strojenie od regulatora typu PI (regulacja bez wykorzystania różniczkowania w większości sytuacji praktycznych jest wystarczająco dobra).
Następnym krokiem jest obserwowanie wpływu zmiany parametrów na zachowanie układu. Ogólny wpływ niezależnego zwiększenia parametrów na jakość regulacji można przedstawić w tabeli:
Parametr | Czas narastania | Przeregulowanie | Czas regulacji | Uchyb ustalony | Stabilność |
KP (wzmocnienie proporcjonalne) | Zmniejszenie | Zwiększenie | Niewielki wpływ | Zmniejszenie | Pogorszenie |
KI (wzmocnienie całkowania – odwrotność czasu całkowania) | Zmniejszenie | Zwiększenie | Zwiększenie | Znaczące zmniejszenie (eliminacja) | Pogorszenie |
Kd (wzmocenienie różniczkowania) | niewielkie zmniejszenie = | niewielkie zmniejszenie | niewielkie zmniejszenie | teoretycznie bez efektów | W pewnych granicach polepszenie |
Stosowanie metod heurystycznych
W teorii automatyki znane są różne metody optymalizacji doboru parametrów. Wśród najpopularniejszych wymienia się zwykle metode Zieglera-Nicholsa oraz Cohena-Coona.
W teorii metody te są bardzo proste do obliczenia i znalezienia optimum.
W praktyce metody te są stosunkowo kłopotliwe w zastosowaniu. Pierwsza z metod jest bardzo ofensywna i wymaga od nas wprowadzenia układu w stan drgań niegasnących. Dla większości obiektów takie podejście jest idealnym przepisem na ich trwałe zniszczenie. Druga z metod nadaje się jedynie do bardzo prostych obiektów i dodatkowo wymaga dość dobrej znajomości modelu matematycznego.
Istnieją oczywiście metody bardziej złożone. Ich stosowanie jednak wykracza znacząco poza „podstawowe metody doboru parametrów”.
Podsumowanie
Świat teorii regulacji podaje wiele przepisów na dobór idealnych parametrów regulatorów PID. Możliwość ich zastosowania jest jednak dość mocno ograniczona.
Dobry dobór regulatora może pozwolić nam optymalizować interesujące nas parametry (np. unikać przeregulowań – a przez to ekspozycji na niepożądane warunki; optymalizować pobór energii itp.). Z pewnością warto przeprowadzić strojenie regulatora choć ręcznymi metodami. Korzyści płynące z tego procesu niejednokrotnie mogą być znacznym zaskoczeniem
Źródło: Redakcja Portal Przemysłowy.pl