Przykładowe pomiary

 

	Temperatura (badanego obiektu)	Napięcie sterujšce badanym obiektem (na wyjœciu regulatora)	Warunki	Komentarz
1			Regulacja ręczna, załšczenie a potem wyłšczenie maksimum napięcia sterujšcego (tj. ok. 3,5 V)	Tu można wyliczyć stałš czasowš układu (ok. 40 s, a właœciwie mniej – koło 30 s)
2			P=100 D=10 I=10	Parametry dobrane eksperymentalnie, bez obliczania
3			P=100 D=10 I=50	Zwiększenie I, stšd przeregulowanie i lekkie oscylacje
4			P=100 D=10 I=150	Zwiększenie I, duże przeregulowanie i oscylacje (w tym krótkie nasycenie napięcia od góry)
5			P=100 D=10 I=500	Za duże I (nasycenie napięcia od góry i jeden raz od dołu)
6			P=32100 D=0 I=0	Obliczanie granicznej wartoœci wzmocnienia P (proszę zobaczyć błšd regulacji temperatury i lekkie oscylacje), dla P=30000 regulacja nie działa, a dla P=33000 już jest nasycenie (brak regulacji)
7			P=21000 D=5 I=20	Dla przyjętej stałej czasowej ok. 40 s i granicznego wzmocnienia, obliczone parametry wg Ziegler-Nicholsa. Moim zdaniem można jeszcze eksperymentalnie poprawiać, szczególnie I.

 

Uwagi na temat wykonywania pomiarów i pomiaru przykładowego

UWAGA1: wszędzie ustawienia czasu obliczania PID=0,01 s, oraz czasu zapisu DAC=0,01 s (zalecane - zmiana tych parametrów wymaga zmiany co najmniej wzmocnienia P). Za wyjštkiem punktu 1 pozostałe pomiary były wykonywane z wykorzystaniem pętli PID – automatycznej w trybie liczb rzeczywistych (float), z parametrami jak podano w kolumnie Warunki.

UWAGA2: nastawiona temperatura regulacji to 30,0 C, temperaturę mierzono miernikiem zewnętrznym (tak jak napięcie) – dlatego ze względu na kalibracje jest różnica ok. 0,35-0,45 C (widać to na wykresach temperatury).

UWAGA3: mierzonym obiektem był rezystor małej mocy podłšczony do wyjœcia regulatora, z nalepionymi termoparami. Ze względu na uszkodzenie/nieprawidłowe działanie obwodu wyjœciowego regulacja napięcia jest zła. Wzmocnienie jest dwa razy za małe i przesunięcie także dwa razy za małe: zamiast -5 do +5 V, jest -1,25 do 3,75 V, jako napięcie „spoczynkowe” powinno być 0 V, a jest 1,25 V. Ponadto w przypadku rezystora moc jest wydzielana także przy napięciach ujemnych! Dla spoczynkowego punktu pracy ze względu na niezerowe napięcie spoczynkowe też jest wydzielana pewna moc.

UWAGA4: wykresy były wykonywane różnymi miernikami z rejestracjš pomiaru na komputerze (zamiast rejestracji wewnętrznej systemu pomiarowego – jednorazowo chodziło mi o weryfikację pomiarów miernikami zewnętrznymi). Każdy ma inne oprogramowanie, więc nie można ujednolicić podstawy czasu (jeden podaje godzinę, drugi czas pomiaru), trudno też „zgrać” moment rozpoczęcia pomiaru – dlatego wykresy sš oddzielne.

 

Procedura wykonywania pomiaru:

1.        Załšczyć urzšdzenie

a.      Przed pomiarami sprawdzić, czy regulacja ma prawidĹ‚owy znak, tj. czy wzrostowi napiÄ™cia na wyjÂściu regulatora odpowiada (w przypadku regulacji temperatury) wzrost temperatury obiektu (jeÂśli nie – trzeba zmienić znak P)

2.      Na ekranie R8 zmienić:

a.      Parametr PID_DA na 0,01 s

b.      Parametr DAC_Pe na 0,01 s

c.      Nie testowane, ale jeÂśli nie bÄ™dzie za duĹĽego obcišżenia systemu pomiarowego moĹĽna wyprĂłbować - dla zmniejszenia szumĂłw moĹĽna zwiÄ™kszyć prĂłbkowanie gĹ‚Ăłwnego Int_AD z 0,01 s na 0,001 s z jednoczesnym załšczeniem uÂśredniania (zmiana parametru uÂśrednianie z 1 na 10). Podejrzewam, ĹĽe siÄ™ to jednak nie uda, ale gdy bÄ™dš duĹĽe szumy – to samo uÂśrednianie moĹĽna włšczyć, liczšc siÄ™ z efektywnym zmniejszeniem czÄ™stotliwoÂści prĂłbkowania. Jeszcze jedno – zapisu nie warto ustawiać na zbyt czÄ™sty. DomyÂślne 0,1 s – czyli 10 wynikĂłw na sekundÄ™ wystarczy do wykonania wykresĂłw.

3.     Na ekranie R5 zmienić (dla odpowiedniego, jednego z dwĂłch regulatorĂłw PID – regulatory sš identyczne):

a.      Ustawić poddawany regulacji parametr (np. oczekiwana temperaturÄ™ T1)

b.      Ustawić wartoœć parametru (np. 30C)

c.      Ustawić P

d.      Ustawić D

e.      Ustawić I

4.     Przyciskiem Mode zmienić tryb pracy z Manual na Auto (dla odpowiedniego, jednego z dwĂłch regulatorĂłw PID), drugi lepiej pozostawić na Manual (wymusza staĹ‚e napiÄ™cie na wyjÂściu), jeÂśli nie jest uĹĽywany, aby nie generowaĹ‚ przypadkowych szumĂłw

5.      Przyciskiem ON/OFF załšczyć urzšdzenie (wyłšczenie w kaĹĽdej chwili tym samym przyciskiem)

6.     Na ekranie L4 moĹĽna obserwować wartoÂści parametru i jego zmiany, na ekranie R4 parametry regulacji.

 

Jak eksperymentalnie dobrać parametry P, I, D:

1.        Jak na rysunku – przykĹ‚adzie nr 1 załšczyć urzšdzenie (impuls jednostkowy) i obliczyć stałš czasowš ukĹ‚adu. OczywiÂście impuls nie musi być wartoÂści maksymalnej. Wartoœć napiÄ™cia (ale w jednostkach przetwornika DAC) moĹĽna nastawiać rÄ™cznie na ekranie R3.

2.      Zmierzyć wymagane wzmocnienie – naleĹĽy ustawić parametry I i D na 0, zmieniać P włšczajšc pÄ™tlÄ™ regulacji (nie zmieniać P w trakcie regulacji, zawsze musi być od poczštku):

a.      Jak to dalej jest opisane i wyjaÂśnione – najlepiej robić pomiary w pobliĹĽu pożšdanego punktu pracy urzšdzenia (np. oczekiwanej temperatury stabilizacji), poniewaĹĽ wzmocnienie moĹĽe zaleĹĽeć od punktu pracy

b.      Dla za maĹ‚ego wzmocnienia ukĹ‚ad nie reaguje (bšdÂź jest po włšczeniu skok napiÄ™cia regulujšcego – a potem tylko nieduĹĽe jego zmiany)

c.      Dla za duĹĽego wzmocnienia – ukĹ‚ad siÄ™ nasyca (osišga wartoœć maksymalnš lub minimalnš napiÄ™cia regulujšcego)

d.      Zmiany mogš być bardzo „ostre”, wystarczy kilka procent odstrojenia i regulacja nie bÄ™dzie dziaĹ‚ać lub nie bÄ™dzie optymalna – w razie potrzeby trzeba to modyfikować juĹĽ w trakcie wĹ‚aÂściwych pomiarĂłw

e.      Najlepiej „iœć” od skrajnych wartoÂści (dajšcych brak reakcji i nasycenie) nastawiać poÂśrednie, aĹĽ do momentu uzyskania lekkich oscylacji (wcale nie musi być to sinusoida)

f.        Tak jak w przykĹ‚adzie: 30000 regulacja nie dziaĹ‚a, 33000 ukĹ‚ad siÄ™ nasyca, wartoœć ok. 32000 daje pożšdane lekkie oscylacje.

3.     Wartoœć I i D:

a.      MoĹĽna to wykonać na podstawie przebiegu jak na przykĹ‚adzie – rysunku 1. Otrzymujemy wartoœć staĹ‚ej czasowej ok. 30-40 s (jest to bardzo przybliĹĽona wartoœć). Na tej postawie i reguĹ‚y Zieglera-Nicholsa obliczamy I i D: daje to ok. 20 i 5. Jednak jak widać jest to maĹ‚o precyzyjne, tym bardziej, ĹĽe dotyczy zupeĹ‚nie innego wzmocnienia i ostatecznie na przebiegu jest przeregulowanie z bardzo lekkimi oscylacjami.

b.      Lepiej jest przy granicznym wzmocnieniu zmierzyć okres oscylacji. Dla P 32000 wynosiĹ‚ on 20 s. Z tego wynika, ĹĽe I powinno mieć wartoœć 13, a D – 2,5. I to prawdopodobnie byĹ‚yby wartoÂści bliĹĽsze optymalnym.

 

Jak „teoretycznie” obliczyć wartoœć P?

1.        Wszystko zaleĹĽy od regulowanego parametru: jeÂśli regulujemy temperaturÄ™, to na wejÂście pÄ™tli podajemy temperaturÄ™ zadanš i zmierzonš, a ona zwraca wartoœć zmiany temperatury, jakš naleĹĽy zadać na obiekt (analogicznie z przepĹ‚ywem ciepĹ‚a).  Jednak regulacja odbywa siÄ™ poÂśrednio – podajemy w postaci cyfrowej wartoœć wpisywanš do przetwornika DAC, a potem wzmacnianš przez dodatkowy ukĹ‚ad. Trzeba wiÄ™c znać transmitancjÄ™ caĹ‚oÂści obwodu. Innymi sĹ‚owy potrzebujemy przelicznika jakš wartoœć trzeba wpisać do przetwornika, by uzyskać pożšdanš zmianÄ™. W naszym przypadku – załšczonym przykĹ‚adzie:

a.      Zmiana o 1 stopieĹ„ C regulowanego obiektu wymaga zmiany napiÄ™cia na nim o ok. 0,5 V (bÄ™dÄ™ zaokršglaĹ‚ dla uproszczenia obliczeĹ„) – na podstawie eksperymentalnego badania (trzeba to zmierzyć przed przewidywanym pomiarem i to najlepiej w otoczeniu pożšdanego, póŸniejszego punktu pracy urzšdzenia).

b.      Zmiana o 0,5 V to 10% caĹ‚ego dostÄ™pnego zakresu (mamy uszkodzony-Âźle skalibrowany analogowy ukĹ‚ad wyjÂściowy, daje on napiÄ™cia w zakresie -1,25 do ok. +3,75 V – stšd 5 V), co oznacza, ĹĽe przetwornik DAC 12 bitowy – czyli 4096, wykorzystuje 10% zakresu – tj. ok. 410 jednostek. Odtšd wiemy, ĹĽe transmitancja wynosi 410 punktĂłw przetwornika na 1 C.

c.      Ale regulacja PID i zapis jej wartoÂści do DAC ustawiona jest nie na 1 s, ale 100 razy na sekundÄ™. Zatem łšczna sekundowa zmiana wyniesie 410*100 = 41000.

d.      Z reguĹ‚y Zieglera-Nicholsa dla regulatora PID przyjmujemy P = 0,65*Kp. Czyli ok. 26650. Jest to zbieĹĽne z wartoÂściš uzyskanš w badaniu: 32000 (bioršc pod uwagÄ™ zaokršglenia).

e.      UWAGA1 – to jest sĹ‚uszne - o ile zaleĹĽnoœć regulowana wartoœć a zmienna regulujšca jest linowa. Nawet w przykĹ‚adzie tak nie jest, bo moc wydzielana w rezystorze zaleĹĽy w kwadracie od napiÄ™cia i zgodnie z ukĹ‚adami nieliniowymi – obliczenie jest sĹ‚uszne tylko dla otoczenia punktu (punktu docelowego regulacji). WiÄ™c dla różnych temperatur docelowych trzeba mierzyć i obliczać wszystko od nowa.

 

Jak obliczyć wartoœć I i D?

1.        MoĹĽna to wykonać na podstawie przebiegu jak na przykĹ‚adzie – rysunku 1. PoniewaĹĽ dosyć trudno jest okreÂślić stycznš i tym samym tak obliczona staĹ‚a czasowa moĹĽe mieć duĹĽy błšd, lepiej jest obliczyć jš na podstawie oscylacji ukĹ‚adu (okresu oscylacji).

 

Propozycje na przyszłoœć:

1.        MoĹĽemy wykonać automatyczne przeliczanie podanego poprzednio punktu „Jak obliczyć wartoœć P”, wstawiajšc do urzšdzenia zaleĹĽnoœć miÄ™dzy regulowanym parametrem a regulujšcym napiÄ™ciem (a dokĹ‚adniej podawanš na przetwornik wartoÂściš). Ale do tego potrzeba znajomoœć ukĹ‚adu dla danego parametru, czyli o ile zmienia siÄ™ temperatura (przepĹ‚yw ciepĹ‚a) przy zmianie na DAC o okreÂślonš wartoœć.

2.      MoĹĽna siÄ™ pokusić o automatyczne obliczanie parametrĂłw P, I, D. Nie wiem, jaki da efekt, ale w dalekiej przyszĹ‚oÂści jest to moĹĽliwe.

3.     Trzeba koniecznie zrobić ekranowanie przetwornikĂłw.

4.     PID jest wykonany w trzech wersjach, ale wersja int i long – w przypadku gdy dobrze dziaĹ‚a wersja float – nie ma chyba sensu. W dodatku int siÄ™ Ĺ‚atwo przepeĹ‚nia. Dlatego lepiej zostawmy w pomiarach z wykorzystaniem floata (FLT).

Powrót na stronÄ™ gĹ‚ównÄ… - Informacje o stronie, prawa autorskie, legalność itd. tutaj Informacje o przetwarzaniu i ochronie danych osobowych, kontakt i zapytania itd. tutaj Prywatne serwery Zbigniewa Kuleszy zjk.pl. Aktualny dostawca Internetu - Vectra.pl, Wszelkie prawa zastrzeĹĽone. ZespóĹ‚ redakcyjny zjk.pl: zjk7@wp.pl W sprawie treĹ›ci i dziaĹ‚ania strony oraz w sprawie funkcjonowania i udostÄ™pniania treĹ›ci na serwerach zjk.pl - kontakt z administratorem: webmaster@zjk.pl lub zjk7@wp.pl