Описание работы блока

Критерием вычисления настроек является минимизация среднеквадратичной ошибки регулирования. Для настройки регулятора на вход объекта подается пробный гармонический сигнал. При этом амплитуда колебаний регулируемого параметра удерживается в пределах от 0.3% до 1%. Получаемые настройки минимизируют колебания при переходных процессах.

Реализованный алгоритм является помехоустойчивым. Он работает даже в том случае, если дисперсия шума в несколько раз превышает амплитуду пробных колебаний выходного сигнала. При настройке он исключает появление неустойчивых режимов.

Быстродействие процесса самонастройки алгоритма управления зависит от уровня шумов и неслучайных возмущений, действующих на объект управления.

Если вход REG равен 0 или 10, блок реализует функцию PID-регулятора. В первом случае используются настройки на входах KP, KD и KI, а во втором – на выходах с теми же именами (значения, полученные при адаптации).

Для перехода в режим автонастройки (одноразовое определение оптимальных настроек регулятора) следует установить в 1 значение входа REG. Для перехода в режим непрерывной адаптации (постоянное определение оптимальных настроек регулятора) нужно на вход REG подать значение 6. В обоих случаях регулятор не отключается и процесс управления объектом осуществляется параллельно с процессом настройки регулятора.

Индикатором хода настройки регулятора является величина выхода STS. Он может принимать следующие значения:

0  – настройка завершена (или не запускалась);

1  – настройка регулятора завершена успешно. Получены значения оптимальных настроек;

2…100 – поиск оптимальных настроек. Значение выхода уменьшается от 100 до 1 и показывает близость к завершению работы алгоритма;

101  – невозможно провести адаптацию. Слишком много воздействий на систему или уровень шумов сравним с амплитудой гармоники на выходном сигнале объекта. Следует уменьшить внешние воздействия или попробовать увеличить уровень максимально возможной амплитуды колебаний на выходе объекта;

102  – невозможно провести адаптацию. Не удается достигнуть необходимой амплитуды сигнала на выходе (от 0,3 до 1 максимальной). Следует увеличить амплитуду входа или уменьшить амплитуду выхода;

103  – невозможно провести адаптацию. Границы диапазона изменения управляющего сигнала не дают увеличить амплитуду сигнала на входе объекта. Следует либо изменить амплитуды, либо сместить уровень управляющего воздействия;

104  – невозможно провести адаптацию. Границы диапазона изменения регулируемого параметра не дают увеличить амплитуду сигнала на выходе объекта. Следует повысить ограничение на входную амплитуду или сместить входной сигнал с границ диапазона регулирования;

105  – невозможно провести адаптацию. Следует увеличить частоту пересчета программы.

В случае нормального завершения адаптации (значение 1 на выходе STS) на выходах KP, KD и KI формируются новые значения соответствующих настроек для регулятора. Для их использования надо присвоить входу REG значение 10.

При задании жестких ограничений на амплитуду пробного сигнала алгоритм может сформировать сообщение о невозможности подобрать оптимальные настройки. Минимальное значение амплитуды следует устанавливать с учетом разрядности АЦП, коэффициента усиления и инерционности объекта.

Ограничения на применение

Данный алгоритм настройки PID-регулятора не может быть применён к структурно неустойчивым объектам управления.

Оптимальные настройки вычисляются при соотношении времени запаздывания к постоянной времени объекта не более 0,5.

Период опроса параметра и вызова алгоритма настройки должна быть не менее 0.05 постоянной времени объекта.

Амплитуда колебаний регулируемого параметра (отклик на пробный сигнал) должна быть не ниже 8 единиц кода АЦП. Например, 0.5% для 12-разрядного АЦП составляет 20 единиц.

Блок  адаптивного регулирования (APDD)

Данный блок позволяет организовать регулирование по PDD-закону с автоматическим вычислением настроек регулятора.

В инструментальной системе работа блока адаптивного регулирования поддерживается только в отладчике программ. Для использования этого алгоритма в реальном времени требуется Adaptive Control МРВ,  Adaptive Control Double Force МРВ или Adaptive Микро TRACE MODE с поддержкой данной функции.

Входы и выходы блока

Блок APDD имеет 7 функциональных входов и 5 выходов. Его входы имеют следующее назначение:

REG  – вход управления. Значение этого входа определяет следующие режимы работы блока:

0 – регулирование с использованием настроек, поданных на входы KP, KD и KDD;

1 – вычисление настроек регулятора;

2 – сброс всех результатов вычислений (значения настроек на выходах блока, критическая частота и амплитуда генератора);

3 – сброс критической частоты и амплитуды;

6 – непрерывное вычисление настроек регулятора с плавным переходом от старых значений к новым. В этом режиме определение текущих настроек и их введение в регулятор происходит автоматически. Значения настроек постоянно индицируются на выходах KP, KD, KDD;

10 – регулирование с использованием вычисленных настроек, сформированных на выходах KP, KD и KDD;

ZDN  – задание регулятору;

INP  – регулируемый параметр;

KP  – коэффициент при пропорциональной составляющей;

KD  – коэффициент при первой производной PDD-закона;

KDD – коэффициент при второй производной PDD-закона;

AMP  – ограничения на амплитуды. Положительное значение – на амплитуду сигнала, добавляемого к выходу регулятора (по умолчанию 10, минимальная – 4), а отрицательное – на колебания выхода объекта (по умолчанию 1, минимальная – 0.5). При старте МРВ значение этого входа должно быть положительным (т.е. вход должен задавать ограничение амплитуды на входе объекта).

На выходах данного блока формируются следующие величины:

Q  – величина управляющего воздействия;

KP  – коэффициент при пропорциональной составляющей;

KD  – коэффициент при первой производной;

KDD – коэффициент при второй производной;

STS  – индикатор текущего состояния адаптации.

Величины, подаваемые на входы ZDN, INP и AMP, должны задаваться в процентах (в диапазоне от 0 до 100). Величина управляющего воздействия на выходе Q формируется в диапазоне от -100 до 100.