Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программирование технологических контроллеров в среде Unity. Учебное пособие.pdf
171
Детальное описание
Параметрическое описание. Структура ПИД-регулятора пред-
ставлена на рис. 6.35. Параметризация функционального блока осуществляется заданием ПИД-параметров: коэффициента передачи GAIN,
постоянной интегрирования TI и постоянной дифференцирования TD.
Передаточная функция имеет следующий вид:
G(p)=GAIN × (1+1/(TI×p) +TD ×p/(1+TD_LAG × p)).
Д-часть запаздывает с постоянной времени TD_LAG. Отношение
TD/TD_LAG представляет собой совокупный коэффициент дифференцирования VD. Д-часть может быть сформирована как ошибкой системы ERR(D_ON_X=0), так и переменной процесса PV(D_ON_X=1). Если Д-часть определяется PV, то она остается неизменной при изменении SP. Таким образом, Д-часть отрабатывает только возмущения и
изменения переменной процесса.
«Противоход» регулятора может быть достигнут изменением знака
GAIN. Положительный GAIN вызывает нарастание выходной переменной при положительном возмущении, отрицательный GAIN вызывает спад выходной переменной при положительном возмущении.
Ограничения выходной переменной. YMAX и YMIN определяют
верхний и нижний пределы ограничения выхода Y. Превышение одного из пределов отображают выходы QMAX и QMIN:
QMAX=1, когда Y ≥ YMAX,
QMIN=1, когда Y ≤ YMIN.
Если в процессе функционирования блока появится превышение
диапазона управляемой переменной, функция сброса по превышению
гарантирует, что интегральная часть не превысит всех заданных ограничений. Измерение по превышению осуществляется только при активной И-части регулятора. Ограничения по превышению имеют здесь
тот же смысл, что и ограничения для управляемой переменной. Дчасть не включена в измерение сброса по превышению. Это означает,
что пики, генерируемые Д-частью, не участвуют в формировании
сброса по превышению. Функция сброса по превышению корректирует
И-часть в соответствии с неравенством:
YMIN – YP – BIAS ≤ YI ≤ YMAX – YP – BIAS.
Ниже приведены типы регуляторов.
172
Тип регулятора ЕN_P EN_I EN_D
П-регулятор 1 0 0
ПИ-регулятор 1 1 0
ПД-регулятор 1 0 1
ПИД-регулятор 1 1 1
И-регулятор 0 1 0
И-часть может быть также отключена заданием TI = 0.
Режимы функционирования. Существует три режима функцио-
нирования, которые могут быть выбраны параметризацией входов
MAN и HALT (см. блок PI1).
Автоматический режим. В этом режиме управляемый выход Y
определяется дискретным ПИД-алгоритмом относительно заданного
значения SP и переменной процесса PV. Причем YMIN ≤ Y ≤ YMAX.
Существуют ограничения для сброса по превышению.
Обычно переключение от автоматического режима к ручному не
происходит плавно, так как выход Y может принимать любое значение
в пределах YMAX и YMIN и значение YMAN выводится на выход Y
прямо во время переключения.
Если вопреки этому переключение от автоматического режима к
ручному должно происходить плавно, необходимо воспользоваться
одной из двух схем, приведенных в описании ПИ-регулятора.
Ручной режим. В этом режиме значение с выхода YMAN выводится прямо на выход Y. Внутренние переменные согласованы таким образом, что регулятор (с активной И-частью) может плавно переключаться от ручного режима к автоматическому. Есть ограничения для
сброса по превышению.
В этом режиме Д-часть автоматически устанавливается в «0».
Режим останова.
численное значение: Y = Y
В этом режиме выход Y хранит последнее вы-
. Внутренние переменные согласованы
old
таким образом, что сумма всех частей (И + П + Д) позволит регулятору
продолжить работать плавно (после отмены режима останова) с его
текущей позиции. Одним из свойств ручного режима является то, что
выход регулятора Y может быть переписан пользователем с внешнего
устройства в том случае, если корректно определена интегральная
часть.
173
В этом режиме Д-часть автоматически устанавливается в «0».
TI
YP
YI
QMAX
QMIN
YMAN
YMAX
YMIN
Y
Сброс по превышению
Operating
mode
control
И
SP(+)
PV(–)
GAIN
ERR
t
t
–GAIN
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
EN_I
EN_D
a
b
c
EN_P
D_ON_X
t
t
TD, TD_LAG
YD
BIAS
a
b
c
Структурная схема ПИД-регулятора показана на рис. 6.35.
Ошибки функционирования. Если YMAX < YMIN, выводится
сообщение об ошибке.
Рис. 6.35. Структурная схема ПИД-регулятора
174
6.6.2.3. ПИД-регулятор с параллельной структурой (PIDP1)
PIDP1
MAN
HALT
SP
PV Y
BIAS ERR
KP QMAX
KI QMIN
KD
D_ON_X
REVERS
TD_LAG
YMAX
YMIN
YMAN
BOOL
BOOL
REAL
REAL
REAL
REAL
REAL
REAL
BOOL
BOOL
TIME
REAL
REAL
REAL
REAL
REAL
BOOL
BOOL
Краткое описание
Функциональный блок реализует пропорционально-интегральнодифференциальный регулятор с параллельной структурой.
Ошибка системы ERR формируется как разница между заданным
значением SP и переменной процесса PV и воздействует на управляемую переменную Y.
Функциональный блок имеет следующие специфические характеристики:
• реальный ПИД-регулятор с параллельной структурой;
• ручной и автоматический режимы и режим останова;
• дифференцирование вручную/автоматическое переключение;
• ограничение управляемой переменной в автоматическом режиме;
• индивидуально доступные П-, И- и Д-части;
• сброс по превышению;
• измерение по превышению только с активной И-частью;
• задаваемое запаздывание Д-части;
• формирование Д-части от переменной процесса или ошибки сис-
темы.
Представление
• Символическое
175
Y=YP+YI+YD+BIAS.
В зависимости от входов KP, KI и KD отдельные части вычисляются следующим образом.
Вычисление ошибки системы
ERR=SP–PV, если REVERS=0.
ERR=PV–SP, если REVERS=1.
Вычисление YP в ручном, автоматическом режимах и режиме
останова
YP=KP × ERR.
Вычисление YI в автоматическом режиме
KI > 0: YI
new
= YI
+KI × dt/TI × (ERR
old
new
+ ERR
old
)/2.
KI=0: YI=0.
И-часть формируется в соответствии с правилом трапеций.
Вычисление YI в ручном режиме и режиме останова
KI > 0: YI=Y–YP–BIAS.
KI=0: YI=0.
Вычисление YD в автоматическом режиме
KD > 0 и D_ON_X=0.
YD
new
– ERR
= TD_LAG × (YD
))/(dt + TD_LAG).
old
+ KD × (ERR
old
new
–
KD > 1 и D_ON_X=1.
YD
– PV
= TD_LAG × (YD
new
))/(dt + TD_LAG).
old
+ KD × (PV
old
new
–
KD =0: YD=0.
Вычисление YD в ручном режиме и режиме останова
YD =0.
Здесь ERR
ERR
– ошибка системы на предыдущем шаге сканирования; PV
old
переменная процесса на текущем шаге сканирования; PV
– ошибка системы на текущем шаге сканирования;
new
– перемен-
old
new
–
ная процесса на предыдущем шаге сканирования; dt – текущее время
сканирования.
176
• Параметрическое
Параметр Тип данных Значение
MAN BOOL «1»= ручной режим
HALT BOOL «1»= режим останова
SP REAL Заданное значение
PV REAL Переменная процесса
BIAS REAL Возмущение
KP REAL Коэффициент П-части
KI REAL Коэффициент И-части
KD REAL Коэффициент Д-части
D_ON_X BOOL
REVERS BOOL «1»= реверс выхода
TD_LAG TIME Время запаздывания Д-части
YMAX REAL Верхний предел ограничения
YMIN REAL Нижний предел ограничения
YMAN REAL Выходное значение при ручном управлении
ERR REAL Ошибка регулирования
Y REAL Выходное значение
QMAX BOOL
QMIN BOOL
«1»= Д-часть переменной процесса включена;
«0»= Д-часть ошибки системы включена
«1»=Y ≥ YMAX
«1»=Y ≤ YMIN
Детальное описание
Параметрическое описание. Структура ПИД-регулятора с парал-
лельной структурой представлена на рис. 6.36. Параметризация функционального блока осуществляется заданием ПИД-параметров: коэффициента П – части KP, коэффициента И – части KI, коэффициента
Д – части KD.
177
KI
YP
YI
QMAX
QMIN
YMAN
YMAX
YMIN
Y
Сброс по превышению
Operating
mode
control
И
t
t
KD, TD_LAG
Д
YD
BIAS
t
SP(+)
PV(–)
DONX
ERR
П
KP
0
1
Рис. 6.36. Структурная схема ПИД-регулятора с параллельной структурой
Передаточная функция имеет следующий вид:
Д-часть запаздывает с постоянной времени TD_LAG. Д-часть мо-
жет быть сформирована как ошибкой системы ERR(D_ON_X =0), так и
переменной процесса PV(D_ON_X=1). Если Д-часть определяется PV,
то она остается неизменной при изменении SP. Д-часть отрабатывает
только возмущения и изменения переменной процесса.
«Противоход» регулятора может быть достигнут установкой входа
REVERS. REVERS = 0 вызывает нарастание выходной переменной при
положительном возмущении, REVERS = 1 вызывает спад выходной
переменной при положительном возмущении.
Ограничения выходной переменной. YMAX и YMIN определяют
верхний и нижний пределы ограничения выхода Y. Превышение одного из пределов отображают выходы QMAX и QMIN:
QMAX=1, когда Y ≥ YMAX;
QMIN=1, когда Y ≤ YMIN.
G(p)= KP+KI/p +KD × p/(p+1/TD_LAG).
178
Сброс по превышению. Если в процессе функционирования блока
П-регулятор
> 0
= 0
= 0
ПИ-регулятор
> 0
> 0
= 0
ПД-регулятор
> 0
= 0
> 0
ПИД-регулятор
> 0
> 0
> 0
И-регулятор
= 0
> 0
= 0
появится превышение диапазона управляемой переменной, то функция
сброса по превышению гарантирует, что интегральная часть не превысит всех заданных ограничений. Измерение по превышению осуществляется только при активной И-части регулятора. Ограничения по превышению имеют здесь тот же смысл, что и ограничения для управляемой переменной. Д-часть не включена в измерение сброса по превышению. Это означает, что пики, генерируемые Д-частью, не участвуют
в формировании сброса по превышению. Функция сброса по превышению корректирует И-часть в соответствии с неравенством
YMIN-YP-BIAS ≤ YI ≤ YMAX-YP-BIAS.
Типы регуляторов представлены в таблице.
Существует три режима функционирования, которые могут быть
выбраны параметризацией входов MAN и HALT (см. блок PI1).
Автоматический режим. В этом режиме управляемый выход Y
определяется дискретным ПИД-алгоритмом относительно заданного
значения SP и переменной процесса PV. Причем YMIN ≤ Y ≤ YMAX.
Ограничен также сброс по превышению.
Обычно переключение от автоматического режима к ручному не
происходит плавно, так как выход Y может принимать любое значение
в пределах YMAX и YMIN и значение YMAN выводится на выход Y
прямо во время переключения.
Если вопреки этому переключение от автоматического режима к
ручному должно происходить плавно, то необходимо воспользоваться
одной из двух схем, приведенных в описании ПИ-регулятора.
Ручной режим. В этом режиме значение с выхода YMAN выводит-
ся на выход Y. Внутренние переменные согласованы таким образом,
что регулятор (с активной И-частью) может плавно переключаться от
ручного режима к автоматическому. Ограничен также сброс по превышению.
В этом режиме Д-часть автоматически устанавливается в «0».
179
Режим останова. В этом режиме выход Y хранит последнее вы-
THREEPOINT_CON1
MAN
HALT
SP
PV Y_POS
GAIN Y_NEG
HYS ERR_EFF
DB
LAG_NEG
LAG_POS
HF_MAN
YMAN_POS
YMAN_NEG
BOOL
BOOL
REAL
REAL
REAL
REAL
REAL
TIME
TIME
REAL
BOOL
BOOL
BOOL
BOOL
REAL
численное значение: Y=Y
. Внутренние переменные согласованы та-
old
ким образом, что сумма всех частей (И+П+Д) такова, что позволит регулятору продолжить работать плавно (после отмены режима останова) с его текущей позиции. Если корректно определена интегральная
часть, выход регулятора Y может быть переписан пользователем с
внешнего устройства.
В этом режиме Д-часть автоматически устанавливается в «0».
Ошибки функционирования. Если YMAX < YMIN, выводится
сообщение об ошибке.
6.6.2.4. Трехпозиционный регулятор
с двумя обратными связями (THREEPOINT_CON1)
Краткое описание
Функциональный блок работает как трехпозиционный регулятор.
Имитация поведения ПИД-регулятора достигается посредством использования двух динамических обратных связей.
Функциональный блок имеет следующие специфические характе-
ристики:
• ручной и автоматический режимы и режим останова;
• две внутренние обратные связи (фильтры первого порядка).
Представление
• Символическое
180
• Параметрическое
Параметр Тип данных
MAN BOOL «1»= ручной режим
HALT BOOL «1»= режим останова
SP REAL Заданное значение
PV REAL Переменная процесса
GAIN REAL Коэффициент обратной связи
LAG_NEG TIME Постоянная времени быстрой обратной связи
LAG_POS TIME Постоянная времени медленной обратной связи
HYS REAL Гистерезис трехпозиционного переключения
DB REAL Зона нечувствительности
HF_MAN REAL
YMAN_POS BOOL Выход при ручном управлении для Y_POS
YMAN_NEG BOOL Выход при ручном управлении для Y_NEG
Фактор сброса обратной связи в %(–100 ÷ +100)
Значение
Y_POS BOOL
Y_NEG BOOL
ERR_EFF REAL Эффективная ошибка системы
«1»=ERR_EFF ≥ 0
«1»=ERR_EFF ≤ 0
Детальное описание
Параметрическое описание. Структура трехпозиционного регуля-
тора представлена на рис. 6.37. Посредством выбора постоянных времени двух динамических обратных связей достигается имитация поведения ПИД-регулятора (рис. 6.38)