Как правильно настроить пид регулятор

Оглавление

Важность стабильного питания [править]

При активном маневрировании, например, резком сбросе уровня газа и затем мгновенный «газ в пол», а также резких кренах и рыскании (всё это весьма характерно для гоночных FPV-миникоптеры) — регуляторы моторов, и, в конечном счёте, аккумуляторы испытывают пики нагрузок, что неизбежно приводит к «пиковому» же падению (просадке) напряжения на аккумуляторе в эти моменты. Особенно, если применяется пониженное напряжение (например, 3S вместо возможных для регулятора и мотора 4S) или просто при использовании разряженного или сильно изношенного аккумулятора. Это оказывает значительное воздействие на PID-регулирование следующим образом. Коптер может быть хорошо настроен на плавный полёт, висение. Но в какой-то момент по результатам вычислений или по управляющему сигналу пилота полётный контроллер даёт резкий газ, который вызывает просадку напряжения, из-за чего двигатель не успевает раскрутиться как того ожидает полётный контроллер (видя показания датчиков положения в пространстве), поэтому контроллер добавляет ещё газу, доводит до нужного положения для стабилизации и тут с уменьшением и выравниванием нагрузки напряжение подскакивает вместе с оборотами, получается перерегулирование и здесь нужно уже обратное действие — погасить лишнее перемещение коптера силой в обратную сторону, но работает всё так же, запуская циклический процесс перерегулирования. На практике, в реальном полёте это будет означать вялые и размазанные резкие, нелинейные движения, отличающиеся от того как это, казалось, было хорошо настроено в висении возле пилота.

Как с бороться с этим эффектом:

  • Самое правильное — применять аккумуляторы с максимальным напряжением для конкретного мотора. Если мотор рассчитан максимум под 4S-аккумуляторы, то использовать следует именно их. Разумеется, если при этом пропеллер слишком большого диаметра или шага не перегрузит мотор. Но в таком случае лучше будет подобрать оптимальный пропеллер под связку мотор+аккумулятор.
  • В любом случае полезно применять фильтрующие электролитические конденсаторы на регуляторах, а также на общей шине питания — большой ёмкости.
  • В крайнем случае придётся учитывать это в настройках PID, занижая значение параметра D.
  • При возможности увеличивать частоту опроса гироскопа.

Назначение ПИД регулятора

ПИД-регулятор предназначен для поддержания определенного значения на требуемом уровне: температуры, давления, уровня в резервуаре, расхода в трубопроводе, концентрации чего-либо и так далее, путем изменения управляющего воздействия на исполнительные механизмы, такие как автоматический клапан управление с помощью пропорционального интеграла, дифференцирующего значения для его регулирования.

Целью использования является получение точного управляющего сигнала, который может управлять крупными производствами и даже реакторами электростанций.

Пример схемы регулирования температуры

Часто ПИД-регуляторы используются при регулировании температуры, давайте рассмотрим этот автоматический процесс на простом примере нагрева воды в резервуаре.

В емкость наливается жидкость, которую необходимо нагреть до нужной температуры и поддерживать на определенном уровне. Внутри емкости установлен датчик измерения температуры – термопара или термометр сопротивления и подключается непосредственно к ПИД-регулятору.

Чтобы нагреть жидкость, мы подадим пар, как показано на рисунке ниже, с автоматическим регулирующим клапаном. Сам клапан получает сигнал от регулятора. Оператор вводит значение уставки температуры в ПИД-регулятор, которое должно поддерживаться в резервуаре.

При неправильной настройке коэффициентов регулятора будут скачки температуры воды, при этом клапан будет полностью открыт, а затем полностью закрыт. В этом случае необходимо рассчитать коэффициенты ПИД-регулятора и ввести их заново. Если все было сделано правильно, через короткий промежуток времени система выровняет процесс, и температура в резервуаре будет поддерживаться на заданном уровне, а степень открытия регулирующего клапана будет в центральном положении.

Особенности [править]

  • Богатые возможности ввода/вывода сигналов. Можно использовать все возможности одновременно, например: OSD + SmartPort + SBus + GPS + светодиодные ленты + мониторинг батареи + сонар + 8 моторов.
  • Выделенный выход для программируемых светодиодов.
  • Выделенный порт I2C для подключения OLED-дисплея
  • Может принимать управляющие сигналы с приёмников SBus, SumH, SumD, Spektrum1024 / Spektrum2048, XBUS, PPM, PWM.
  • Поддержка сонара для точного вертикального позиционирования на малых высотах.
  • Возможность подключения зуммера («пищалки») для звуковых уведомлений
  • Возможность мониторинга батареи
  • Полная поддержка Oneshot125
  • SPRacingF3 построен на процессоре ARM Cortex-M4 72МГц CPU с математическим сопроцессором (FPU) для эффективных вычислений в полете. Этот процессор работает примерно в 2 раза быстрее, чем STM32F1 предыдущего поколения.
  • SPRacingF3 работает с открытым исходным кодом Cleanflight.

Настраиваем интегральный коэффициент

При настройке двух предыдущих коэффициентов можно получить практически идеальную кривую регулирования или близкую к ней кривую, удовлетворяющую условиям задачи. Однако, как правило возникает так называемая «статическая ошибка». При этом в нашем примере температура стабилизируется не на заданном значении 25 °С, а на несколько меньшем значении. Дело в том, что если температура станет равной уставке (то есть разность текущей и заданной температур станет равна 0), то пропорциональная и дифференциальная составляющая будут равны нулю ( см. функцию преобразования ПИД-регулятора ). При этом мощность регулятора тоже станет равна 0 и он начнёт остывать.

Для того чтобы исключить этот эффект, используют интегральную составляющую. Её необходимо постепенно увеличивать до исчезновение статической ошибки. Однако, чрезмерное её увеличение тоже может привести к возникновению скачков температуры.

Настройка ПИД регулятора

Настройка ПИД-регулятора осуществляется 2 методами:

  1. Синтез подразумевает вычисление параметров на основании модели системы. Такая настройка получается точной, но требует глубоких познаний теории автоматического управления. Она подвластна только инженерам и ученым. Так как необходимо снимать расходные характеристики и производить кучу расчетов.
  2. Ручной способ основывается на методе проб и ошибок. Для этого за основу берутся данные уже готовой системы, вносятся некоторые коррективы в один или несколько коэффициентов регулятора. После включения и наблюдений за конечным результатом проводится изменение параметров в нужном направлении. И так до тех пор, пока не будет достигнут нужный уровень работоспособности.

Теоретический метод анализа и настройки на практике применяются крайне редко, что связано с незнанием характеристик объекта управления и кучей возможных возмущающих воздействий. Более распространены экспериментальные методы на основе наблюдения за системой.

Настраиваем интегральный коэффициент

При настройке двух предыдущих коэффициентов можно получить практически идеальную кривую регулирования или близкую к ней кривую, удовлетворяющую условиям задачи. Однако, как правило возникает так называемая «статическая ошибка». При этом в нашем примере температура стабилизируется не на заданном значении 25 °С, а на несколько меньшем значении. Дело в том, что если температура станет равной уставке (то есть разность текущей и заданной температур станет равна 0), то пропорциональная и дифференциальная составляющая будут равны нулю ( см. функцию преобразования ПИД-регулятора ). При этом мощность регулятора тоже станет равна 0 и он начнёт остывать.

Для того чтобы исключить этот эффект, используют интегральную составляющую. Её необходимо постепенно увеличивать до исчезновение статической ошибки. Однако, чрезмерное её увеличение тоже может привести к возникновению скачков температуры.

Настраиваем контроллер

Приложение Response Optimizer располагается во вкладке APPS окна модели Simulink, в разделе CONTROL SYSTEMS.

Поскольку инструмент использует численные методы оптимизации, во время процесса расчет модели будет выполняться многократно. Поэтому перед настройкой в блоке SIMULATE окна модели активируем опцию Fast Restart для уменьшения времени, затрачиваемого на эти действия.

Настройка регуляторов осуществляется в соответствии со следующим алгоритмом:

  1. Создаем MATLAB переменные, соответствующие параметрам регулятора, в окне Model Explorer и присваиваем их значениям начальные приближения.

    В качестве начальных приближений в нашем случае можно взять настроенные значения регулятора из первой части.

  2. Записываем переменные в соответствующие поля в окне параметров блока PID Controller.

  3. Открываем инструмент Response Optimizer. Слева в разделе Model Workspace на панели Data Browser показаны созданные ранее переменные.

  4. Определяем список оптимизируемых параметров. Для этого нажимаем на кнопку None редактируемого поля Design Variables Set.

    В выпадающем меню нажимаем New…. В правом списке открывшегося окна Create Design Variables Set расположены переменные модели, а в левом — параметры для оптимизации. Выделяем переменные и нажимаем на кнопку со стрелкой, расположенной между двумя списками, для переноса их в левый список.

    Опционально можно указать границы диапазоны оптимизируемых параметров в столбцах Minimum и Maximum.

  5. Выбираем задачу оптимизации. В блоке REQUIREMENTS нажимаем на кнопку New и в выпадающем меню в разделе TIME-DOMAIN REQUIREMENTS выбираем опцию Step Response Envelope.

  6. Задаем характеристики требуемого переходного процесса в появившемся окне в разделе Specify Step Response Characteristics.

  7. Задаем сигнал, к которому предъявляются требования по переходному процессу. В разделе Select Signals to Bound нажимаем на кнопку с плюсом рядом со списком. Переходим в модель и выбираем необходимый сигнал. В нашем случае сигнал Speed. Возвращаемся в окно инструмента. В левом списке открывшегося окна Create Signal Set выбираем сигнал и нажимаем на кнопку со стрелкой. Завершаем выбор сигналов нажатием ОК.

    В графической области окна инструмента появилась координатная плоскость с границами, за которые не может выходить график переходного процесса.

    В разделе Data на панели Data Browser расположены три переменные: DesignVars содержит информацию о списке оптимизированных параметров, Sig — свойства выбранного сигнала и StepRespEnvelope — информацию о требованиях к переходному процессу.

    Построим переходный процесс до настройки регулятора. Для этого выбираем переменную Sig и нажимаем на кнопку Plot Model Response, расположенную в блоке PLOTS.

    Видно, что переходный процесс не удовлетворяет поставленным требованиях.

  8. Оптимизируем параметры регулятора. Выбираем переменную DesignVars и нажимаем на кнопку с зеленым треугольником в блоке OPTIMIZE.

    Результаты процесса оптимизации отображаются в окне прогресса.

    В графическом окне можно видеть новый переходный процесс с оптимизированными параметрами регулятора (толстая линия), а также переходные процессы, построенные на предыдущих итерациях (тонкие линии).

Результаты моделирования системы с настроенным регулятором показаны ниже.

Важные страницы

  • Каталог ссылок на дешёвые Ардуины, датчики, модули и прочие железки с AliExpress у проверенных продавцов
  • Подборка библиотек для Arduino, самых интересных и полезных, официальных и не очень
  • Полная документация по языку Ардуино, все встроенные функции и макро, все доступные типы данных
  • Сборник полезных алгоритмов для написания скетчей: структура кода, таймеры, фильтры, парсинг данных
  • Видео уроки по программированию Arduino с канала “Заметки Ардуинщика” – одни из самых подробных в рунете
  • Поддержать автора за работу над уроками
  • Обратная связь – сообщить об ошибке в уроке или предложить дополнение по тексту ()

Проголосуй за epkb_post_type_1

Описание работы ПИД-регулятора

В контроллере возникает необходимость поддержания какого-либо параметра в соответствии с заданным значением — уставкой. Для этих целей используется ПИД-регулятор.

ПИД-регулятор состоит из трех составляющих: пропорциональной, интегральной, дифференциальной.

Интегральная и дифференциальная составляющие могут отсутствовать.

Пропорциональная, интегральная и дифференциальная составляющие ПИД-регулятора рассчитываются по следующим формулам на основе заданных пользователем значений соответствующих параметров:

Где P, I, D — параметры, задаваемые пользователем.

Ошибка (обозначается e ) определяется как разность измеренного и заданного значений величины. На основании значения ошибки ПИД-регулятор рассчитывает свое управляющее воздействие.

Мгновенное значение управляющего воздействия представляет собой сумму составляющих и определяется по формуле:

Мгновенные значения пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих рассчитываются по формулам:

  • Ii−1 предыдущее значение интегральной составляющей;
  • ei−1 предыдущее значение ошибки;
  • dt постоянная времени.

ПИД-регулятор хранит предыдущие значения интегральной составляющей и ошибки для того чтобы оценивать динамику системы.

Как видно из формулы расчета пропорциональной составляющей, чем больше значение параметра P, тем меньше ее вклад в управляющее воздействие ПИД-регулятора.

С увеличением P снижается реакция ПИД-регулятора на ошибку.

Чем больше значение параметра I , тем больше вклад интегральной составляющей в управляющее значение ПИД-регулятора.

С увеличением I управляющее значение ПИД-регулятора начинает расти быстрее с ходом времени (в случае когда ошибка больше нуля).

Чем больше значение параметра D, тем больший вклад в результирующее значение вносится дифференциальной составляющей.

С увеличением D система будет сильнее реагировать на изменение ошибки.

То есть если ошибка увеличивается (мы удаляемся от заданного значения), дифференциальная составляющая вносит свой дополнительный вклад в результирующее значение, увеличивая его. А если ошибка уменьшается (мы приближаемся к заданному значению), дифференциальная составляющая воздействует на результирующее значение, уменьшая его.

Результирующее значение ПИД-регулятора обычно ограничивается снизу и сверху. Интервал ограничения результирующего значения ПИД-регулятора зависит от его конкретного применения и может быть следующим:

, , .

Модель системы

Рассмотрим линейную систему управления угловой скоростью следящего электропривода, упрощенная структурная схема которой представлена ниже.

В соответствии с приведенной структурой в среде Simulink была построена модель такой системы.

Модели электропривода (подсистема Electric actuator) и инерционной нагрузки (подсистема Load) созданы с помощью блоков библиотеки физического моделирования Simscape:

модель электропривода,

модель инерционной нагрузки.

Модели электропривода и нагрузки также включают подсистемы датчиков различных физических величин:

тока, протекающего в обмотке якоря двигателя (подсистема А),

напряжения на его обмотке (подсистема V),

угловой скорости объекта управления (подсистема Ω).

Перед настройкой параметров ПИД-регулятора запустим модель на расчет, приняв передаточную функцию регулятора . Результаты моделирования при отработке входного сигнала 150 об/мин показаны ниже.

Из анализа приведенных графиков видно, что:

  • выходная координата системы управления не достигает заданного значения, т.е. в системе присутствует статическая ошибка;
  • напряжение на обмотках двигателя достигает значения 150 В в начале моделирования, что повлечет за собой выход его из строя вследствие подачи на его обмотку напряжения больше номинального (24 В).

Пусть реакция системы на единичный импульс должна соответствовать следующим требованиям:

  • перерегулирование (Overshoot) не более 10%,
  • время нарастания (Rise time) менее чем 0.8 с,
  • время переходного процесса (Settling time) менее чем 2 с.

Кроме того, регулятор должен ограничивать напряжение, подаваемое на обмотку двигателя, до значения напряжения питания.

Как управлять скоростью кулера с утилитой SpeedFan

Программа может управлять скоростью всех вентиляторов, подсоединённых напрямую в материнской плате. Эту операцию нужно проделать в случае перегрева «железа» на ПК. Как правильно настроить неопытному пользователю компьютера читайте инструкцию ниже.

Установка на компьютер программы SpeedFan 4.52

  1. Если вы скачали программу с интернета, нажмите на установочный файл. В запущенном окне, предлагающим ознакомиться с лицензией, жмите «I Agree». Соглашаемся с лицензией и жмём «I Agree»
  2. Галочки на пунктах означают создание оболочки, создание параметров и ярлыка на рабочем столе, для удобного запуска. Оставьте их на своих местах и нажмите «Next». Оставляем галочки на местах и нажимаем «Next»
  3. В новом окне будет предложено место для распаковки файлов и установки программы. Так как программа мало весит и не употребляет много системных ресурсов можете нажать кнопку «Next». По умолчанию утилита будет храниться в папке «Program Files (86)» с именем SpeedFan. Выбираем папку для установки программы
  4. После распаковки архивов нажмите на кнопку «Close». После распаковки архивов нажимаем «Close»

Это действие завершит установки приложения, а на рабочем столе образуется ярлык в виде значка вентилятора.

Как русифицировать программу SpeedFan

  1. После запуска программы в главном меню нажмите на пункт «Configure». Нажимаем на раздел «Configure»
  2. Выберите в верхней панели пункт «Options». Выбираем в верхней панели пункт «Options»
  3. В строке «Language» будет находиться русский язык. Кликните «Russian» и нажмите «Ок». В строке «Language» выбираем «Russian» и жмём «Ок»

Меню изменится с английского на русский интерфейс.

Настройка кулеров

В главном меню программы, если греется аппаратура, увеличьте стрелками вверх процент оборотов кулера.

  • за нагрев процессора отвечает CPU. Увеличивайте процент до 100% на данном пункте;
  • GPU- видеокарта. Подымайте скорость вращения вентиляторов на этом параметре, если она сильно нагревается;
  • Sys — отвечает за настройку дополнительного кулера на «материнке»;
  • изменив процентные показания на пунктах Pwm1 и остальных, заработают вентиляторы охлаждения системы и появится шум от и быстрых оборотов. Настройки и показатели программы

Выполните действия на понижение процентов, в случае громкой работы вентиляторов, на 10-20%. После чего послушайте насколько изменится шум.

Настраивание датчика на 20 миллиампер ПИД-регулированием

1. Действия в программном меню

Управляющая панель частотного преобразователя А300 состоит из 3-уровневой структуры:

  1. Группы опциональных значений (1 уровень).
  2. Опциональные значения (2 уровень).
  3. Параметр опционального значения.

2. Настраивание характеристик электромотора и определение направления момента

Установить метод управления частотником в значении Р0-02:

  1. Р0-02=0 (настройка завода, пульт преобразователя).
  2. Р0-02=1 (входные команды внешнего управления D1-D7).

Установить характеристики номинального значения электромотора (применяйте параметры с таблички и паспорта электромотора):

  1. Мощность номинала Р1-01= установите значения.
  2. Напряжение номинала Р1-02= установите значения (по заводским настройкам 380 вольт).
  3. Ток номинала Р1-03= установите значения.
  4. Частота номинала Р1-04= установите значения (по заводским настройкам 50 герц).
  5. Обороты номинального значения Р1-05= установите значения.

После подсоединения и введения параметров нужно проконтролировать направление вращающего момента электромотора. После отключения меню программы на экране покажется 50 герц, клавишей «вниз» установите наименьшую частоту для задания направления вращающего момента. Для пуска мотора нажмите клавишу «пуск» (параметр Р0-02=0), определите направление момента вращения, затормозите мотор, нажав клавишу «стоп».

Если вращение не совпадает с направлением, то измените две любые фазы питания мотора (замену фаз производить при отключенном частотнике) или поменяйте параметр настройки Р0-09= (0-вперед, 1-назад). Еще раз проконтролируйте момент вращения, нажав клавишу «пуск», если направление момента вращения совпадает, то затормозите мотор, нажав клавишу «стоп». Нажмите клавишу «вверх» и возвратите настроенную частоту 50 герц.

3. Подсоединение датчика (выход на 20 миллиампер)

  1. Установку производить при выключенном питании частотного преобразователя.
  2. Напряжение датчика подсоединить к контакту «+24В», сигнал соединить с контактом «AI1», установить перемычку на контакты «COM» и «GND».

Переставить соединение «J1» в состояние «I».

4. Контроль обратной связи

  1. Подключите напряжение на частотный преобразователь, на экране возникнет подсветка 50 герц.
  2. Нажмите клавишу «сдвиг» 2 раза.
  3. На экране будет параметр обратной связи в интервале 0-10 (0-20 мА), зависит от настраиваемого параметра.

Связь обратного вида (4 мА).

  1. После подтверждения обратной связи нажмите три раза клавишу «сдвиг», появится на экране 50 герц.
  2. Установите наименьшее значение сигнала входа в величине Р4-13=2.00 (4 мА).

5.Как настраивать значение параметра ПИД-регулирования.

  1. Установите источник основной частоты Р0-03=8 (частоту определяет ПИД-регулятор).
  2. Поставьте значение ПИД-регулятора в значение РА-01= результат поддерживаемой величины в процентах (от 0 до 100%) от интервала датчика, РА-01= (результат поддерживаемого параметра/интервал датчика)*100%.

Пример установки значения:

Подсоединен датчик давления на 16 бар с сигналом выхода от 4 до 20 мА. Для давления в 10 бар нужно установить значение

РА-01=(10/16)*100%=62,5%

Произведите тестовый пуск. Проверяйте поддерживаемое значение параметра по приборам, дублирующим измерения (ротаметр, термометр, манометр). Если система регулировки функционирует нестабильно или долгий отклик на замену проверяемого параметра, то применяйте настройки значений РА-05, -06, -07. Эти значения предназначены для точной настройки ПИД-регулятора.

Принципы ПИД-регулирования в преобразователях частоты

Выходной сигнал ПИД-регулятора преобразователя частоты представляет собой управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых (составляющих):

  • Пропорциональная составляющая (П) —  пропорциональна разности входного сигнала и сигнала обратной связи (сигнал рассогласования).
  • Интегральная составляющая (И) — интеграл сигнала рассогласования.
  • Дифференциальная составляющая (Д) — производная сигнала рассогласования.

Пропорциональная составляющая (П) – это рассогласование между величиной уставки и сигналом обратной связи. При использовании только пропорциональной составляющей всегда будет иметь место статическая ошибка. Например, в замкнутой системе поддержания давления в системе водоснабжения реальное давление будет меньше заданного. Для того, чтобы уменьшить статическую ошибку необходимо увеличить коэффициент усиления П-регулятора (пропорциональной составляющей).

Чрезмерное увеличение коэффициента усиления пропорциональной составляющей ПИД-регулятора преобразователя частоты приводит к автоколебаниям и к неустойчивой работе замкнутой системы регулирования. Поэтому, на практике поступают так: увеличивают коэффициент усиления пропорциональной составляющей (П) до появления автоколебаний, и после этого, уменьшают этот коэффициент на 20 – 30%.

Для устранения статической ошибки изменяют интегральную (И) составляющую ПИД-регулятора. Таким образом, изменяя время интегрирования, получают требуемую точность и качество регулирования.

Дифференциальная составляющая (Д) используется редко – обычно, только в высоко динамичных системах регулирования скорости, положения, синхронизации и т.д.

В целом, для настройки ПИД-регулятора не требуется отличного понимания формальной теории управления системами. При этом использование ПИД-регулятора позволяет решить около 90% всех задач управления простыми системами замкнутого цикла.

Метод Циглера-Никольса.

Собственно, на этом практическая часть метода заканчивается) Из полученного коэффициента рассчитываем пропорциональный коэффициент ПИД-регулятора:

А из него получаем и остальные:

Метод довольно прост, но применить его можно далеко не всегда. Если честно, мне еще ни разу не приходилось настраивать регулятор таким образом Но тем не менее, этот метод является основным и, по большому счету, единственным широко известным. Просто подходит не всем и не всегда.

Что же делать, если метод Циглера-Никольса не сработал? Тут придет на помощь «аналитический» метод настройки =)

Опять же обнуляем все коэффициенты и начинаем увеличивать пропорциональный. Но теперь не ждем появления колебаний, а просто фиксируем поведение системы для каждого значения коэффициента (отличным вариантом будет построение графика величины, которую необходимо стабилизировать, для каждого значения коэффициента). Если видим, что, например, система очень медленно выходит на нужное значение, увеличиваем пропорциональный коэффициент. Система начинает сильно колебаться относительно нужной величины? Значит, коэффициент слишком велик, уменьшаем и переходим к настройке других составляющих.

Понимая, как работает ПИД-регулятор в целом, и представляя, как должна работать настраиваемая система, можно довольно-таки быстро и точно настроить коэффициенты регулятора. Особенно, если есть возможность построить графические зависимости и визуально следить за поведением системы.

Вот некоторые правила, которые могут помочь при настройке:

  • Увеличение пропорционального коэффициента приводит к увеличению быстродействия, но снижение устойчивости системы
  • Увеличение дифференциальной составляющей также приводит к значительному увеличению быстродействия
  • Дифференциальная составляющая призвана устранить затухающие колебания, возникающие при использовании только пропорциональной составляющей
  • Интегральная составляющая должна устранять остаточное рассогласование системы при настроенных пропорциональной и дифференциальной составляющих

Кстати, стоит добавить, что не всегда необходимо использовать все три составляющие ПИД-регулятора, порой хватает пропорциональной и дифференциальной, например (ПД-регулятор). В общем, все сводится к тому, что для каждой системы необходим свой собственный подход при настройке и использовании ПИД-регулятора.

На этом на сегодня все, возможно, как-нибудь рассмотрим практическую реализацию ПИД-регулятора

В данной статье приведены основные принципы и правила настройки коэффициентов ПИД-регулятора сточки зрения практического применения. Теоретические основы можно прочитать .

Для простоты изложения рассмотрим настройку регулятора на примере. Допустим, необходимо поддерживать температуру в помещении с помощью обогревателя, управляемого регулятором. Для измерения текущей температуры используем термопару.

Примеры использования PID-регуляторов

Преобразователь частоты HVAC

Пример использования как внутренних, так и внешних PID-регуляторов для системы подготовки воздуха:


Управление кондиционированием воздуха с помощью встроенных PID-регуляторов частотника AS3 Toshiba

На представленной схеме вентилирования помещения показан процесс охлаждения воздуха с помощью водовоздушного теплообменника. Водяной контур служит для циркуляции холодной воды через теплообменник с помощью насоса.

PID-регуляторы PID1 и PID2 управляют вентилятором для обеспечения заданного расхода и, в критических случаях, для обеспечения заданной температуры воздуха. Например, при больших отрицательных температурах воздуха расходом можно пренебречь, достигая вторым регулятором улучшенного прогрева воздуха за счет более медленного его движения через нагреватель.

PID-регулятор PID3 по аналоговому каналу управляет насосом водяного контура для поддержания заданного давления. PID-регулятор PID4 может управлять другими вспомогательными системами (на схеме не показаны).

Компания СПИК СЗМА, как единственный официальный дилер Toshiba, предлагает купить для решения задач управление насосами, вентиляторами и станками частотники серии VF-AS3 по доступной цене. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.

Примечания и советы

В логах черного ящика высокие колебания P не выглядят как острые пики или большие волны. Эти колебания сначала проявляются в самом верху диапазона газа и выглядят как узкие синусоидные волны. Когда они появляются в логах, их еще не видно визуально или на слух, поэтому при начальной настройке (визуально и на слух) рекомендуется сначала достичь точки визуальных и звуковых колебаний, а затем снизить значения до 70%. К моменту, когда все колебания будут видны визуально или на слух, то в логах это тоже будет отчетливо отображаться.

Death Rolls (крен смерти)

Наиболее частой причиной, по которой квадрокоптер переворачивается и не останавливает двигатели — слишком низкое минимальное значение газа (throttle). Регулятор оборотов не может запустить двигатель после команды с низким значением газа (газ был какое-то время на 0). В журнале черного ящика, это отображается, как-будто двигатель управляется полным газом, но дрон продолжает крутиться. Первое, что нужно сделать, это увеличить настройку min_throttle (значение параметра Idle % при работе протокола DSHOT).

Вторая причина — либо плохой двигатель, либо плохой ESC, либо даже ослабленное крепление луча рамы. В этом случае, вы увидите в логах Blackbox, что двигатель как бы на полном газе, но луч рамы опускается (если включен акселерометр), что указывает на то, что двигатель не имеет тяги. Для проверки замените двигатель или регулятор оборотов.

Третья причина — неудачная комбинация ESC\мотор. Некоторые регуляторы оборотов просто не могут работать с современными двигателями. Здесь поможет только замена ESC на другой.

Дополнительная информация для версии BetaFlight 3 (3.0 и 3.1)

  1. PID-настройки по умолчанию очень хорошо настроены и работают на большинстве квадрокоптеров и для них требуется лишь незначительная настройка.
  2. Параметр Р у Roll и Pitch могут быть довольно высокими без возникновения дополнительных колебаний, поэтому их можно увеличивать до тех пор, пока не пропадут эти самые колебания при их присутствии. Этот параметр можно увеличить под самый потолок, пока у вас D на минималках и вы не получите новые колебания при резком управлении стиками.
  3. Настройка Yaw может потребовать настройки нижнего предела yaw_accel_limit и yaw_p_limit, особенно для двигателей большой мощности и высокого рейтинга KV.
  4. Некоторые мощные системы и сборки не работают с PID по умолчанию и требуют настройки с нуля, как написано выше по шагам, например, система гоночных двигателей DJI Snail System:

Возможно, вам также будет интересно

Модульная интегрированная SCADA-система КРУГ-2000 российского производства — это средство для построения автоматизированных систем управления объектами предприятий и систем телемеханики, а также для решения задач учета энергоресурсов и диспетчеризации. SCADA КРУГ-2000 является 100%-ным импортозамещающим продуктом. В статье представлены особенности и преимущества построения автоматизированных си…

В линейке компании BD Sensors RUS появился новый малогабаритный датчик перепада давления DMD 831.
Диапазоны давлений датчика DMD 831 от 0…80 мбар до 0…70 бар. Датчик выпускается с аналоговым выходным сигналом 4-20 мА / 3-х. пров. и с дискретными выходными сигналами (до 2-х PNP выходов). DMD 831 комплектуется всеми основными механическими и электрическими присоединениями. Датчик производится с LED дисплеем, позволяющим локально настраивать диапазоны давлений, единицы отображения и устанавливать параметры работы релейных выходов. Вес прибора 350 грамм.
Предназначен для использования в …

Автоматизация бизнес-процессов все еще остается весьма затратным мероприятием. Это вопрос и времени, и финансов, и труда высокооплачиваемых специалистов.
 Естественно, что принимая решение о внедрении той или иной информационной системы, руководитель желает знать, как скоро окупятся вложения и какую реальную выгоду получит его предприятие в результате проекта. Однако прогнозировать будущие рез…