11.7. Емпіричне настроювання типових регуляторів

Один із традиційних шляхів проектування ПІД-регулятора - використання емпіричних правил настроювання, заснованих на вимірах, зроблених на реальному об'єкті.

Метод коливань Зіглера-Нікольса

Ця процедура застосовна тільки для стійких об'єктів і виконується за допомогою наступних кроків.

- взяти реальний об'єкт із пропорційним управлінням і дуже маленьким посиленням;

- збільшувати посилення, поки в контурі не почнуться коливання (необхідно одержати лінійні коливання на виході регулятора);

- визначити граничне (граничне) посилення регулятора й період коливань на виході регулятора;

- обчислити параметри регулятора згідно табл.1.

Таблиця 1. Настроювання типових регуляторів методом коливань Зіглера-Нікольса

П	()	--	--
ПІ	()	()	--
ПИД

Є деякі розбіжності відносно різних способів ПІД-параметризації, для яких був розроблений метод Зіглера-Нікольса, але описаний тут варіант застосуємо до параметризації наступного виду:

. (1)

Настроювання в табл.1 були отримані Зіглером і Нікольсом, для об'єктів, задовільно описуваних моделлю:

. (2)

Зауваження. Настроювання типових регуляторів, розрахованих за методом Зіглера-Нікольса дуже чутливі до відношення постійної запізнювання й постійної часу об'єкта . Інший недолік цього методу - те, що він вимагає досягнення коливань об'єкта; що може бути небезпечно й дорого. Із цієї причини були розроблені інші стратегії настроювання, які не вимагають такого експлуатаційного режиму.

Методи, засновані на використанні кривій відгуку процесу

Для практичних розрахунків систем управління такими об'єктами кожну S-образну криву перехідного процесу, зняту при одиничному східчастому впливі, досить охарактеризувати наступними параметрами, обумовленими безпосередньо за графіком:

- коефіцієнт передачі ;

- постійна часу ;

- повне запізнювання .

Параметри йвизначаються досить легко – проведенням дотичної до найбільш крутої ділянки перехідної характеристики.

Отримані параметри моделі (,,) можуть використовуватися різними методами настроювання ПІД-регуляторів. Один із цих методів був також запропонований Зіглером і Нікольсом. За їхнім планом ціль проектування полягає в тому, щоб досягти певного демпфірування для перехідної характеристики замкнутої системи. Точніше ціль полягає в тому, щоб одержати відношення 4:1 для першого й другого максимумів на цій характеристиці. Запропоновані параметри показані в табл.2.

Таблиця 2. Настроювання типових регуляторів методом Зіглера-Нікольса при використанні кривої відгуку

П		--	--
ПІ			--
ПІД

Правила завдання параметрів у табл.2, при міняються до моделі ПІД-регулятора (1).

Виконані дослідження показують надзвичайну чутливість результату до значень відносини . Для зменшення цього обмеження, Коен і Кун виконали додаткові дослідження, щоб знайти настроювання регулятора для тієї ж моделі (1), але такі, щоб вони давали меншу залежність від відношення постійної запізнювання до постійного часу . Їхні результати наведені в табл.3.

Таблиця 3. Настроювання типових регуляторів методом Коена-Куна при використанні кривої відгуку

П		--	--
ПІ			--
ПІД

Необхідно завжди пам'ятати, що настроювання, отримані з використанням кожного з вищерозглянутих емпіричних методів - тільки відправні точки в процесі одержання потрібного регулятора.