ПИД-регулятор в частотном преобразователе

Содержание:

Использование систем автоматизированного управления работой различных технологических процессов требует точного поддержания заданного параметра.

В качестве такого параметра может выступать:

• скорость вращения двигателя;
• давление в системе;
• температура (например, воздуха в помещении);
• скорость движения воздуха;
• другие параметры, значение которых изменяется в зависимости от состояния системы и мощности работы исполнительных механизмов.

Для решения таких задач не обойтись без использования датчика обратной связи, который должен обеспечивать точность заданного параметра в стабильном рабочем состоянии.

Применение классических датчиков, работающих по принципу “пуск-стоп” в большинстве случаев неприемлемо, поскольку они не могут обеспечить высокую точность поддержания требуемого параметра. Помимо этого, такие датчики приводят к более быстрому износу электромотора, который периодически включается и выключается. Частота включения-выключения в таких системах зависит от установленного диапазона, который определяет гистерезис или мертвую зону, когда контролируемое значение находится в допустимых пределах и двигатель выключен.

Хотя частотные преобразователи позволяют точно управлять скоростью вращения двигателя, а значит и поддерживать оптимальное состояние системы в зависимости от нагрузки, однако при работе с линейным датчиком частотники тоже не смогут обеспечить требуемую точность из-за возникновения так называемых автоколебаний относительно заданного уровня контролируемого параметра.

Поэтому, для минимизации отклонения контролируемого параметра в современных системах все чаще используют ПИД-регулятор в частотном преобразователе, который позволяет получить практически линейную функцию значения контролируемого параметра в автоматизированной системе.

Что такое ПИД-регулятор?

Современный пропорционально-интегрально-дифференциальный или PID-регулятор – это сложный составной датчик, который дает обратную связь по трем цепям управления:

• пропорциональный сигнал. Его значение зависит от разницы между текущим и установленным значением контролируемого параметра. Чем больше разница, тем большее значение этого сигнала обратной связи поступает с датчика на частотный преобразователь;
• интегральный сигнал. Определяет величину колебаний относительно заданного параметра работы автоматизированной системы. Эти периодические отклонения от требуемого уровня связаны с инертностью оборудования и запаздыванием сигнала обратной связи на ПЧ. Использование интегральной составляющей позволяет минимизировать автоколебания системы после выхода в рабочий режим;
• дифференциальный сигнал. Этот управляющий сигнал дает частотному преобразователю информацию о том, с какой скоростью текущее значение контролируемого критерия приближается к заданному. Фактически это сигнал прогноза, который позволяет компенсировать инертность системы и предугадать параметры ее работы в ближайшем будущем. Использование дифференциальной составляющей в системе обратной связи позволяет плавно подвести контролируемые критерии к заданному параметру с минимальными колебаниями и превышениями контролируемого значения.

Поэтому, отвечая на вопрос, что такое ПИД-регулирование в частотных преобразователях, можно сказать, что это система, состоящая из частотного преобразователя с наличием возможности подключения PID-датчика, при помощи которого измеряется текущее состояние автоматизированной системы.

На практике не всегда используются все три составляющие ПИД. Возможны варианты, когда используется пропорциональная составляющая, пропорционально-интегральная или пропорционально-дифференциальная составляющая, сигналы которых подаются на соответствующие клеммы преобразователя частоты, управляющего электродвигателем.

Когда строится такая система, использующая преобразователь частоты с пид-регулированием, в большинстве случаев требуется произвести ее первоначальную настройку, заключающуюся в подборе коэффициентов или множителей, которые усиливают или ослабляют сигнал, поступающий с датчика обратной связи. Это необходимо, чтобы точно настроить систему, сделать ее выход на рабочий режим более быстрым, минимизировать собственные колебания и обеспечить максимальную точность поддержания режима ее работы.

Общие принципы настройки PID-регулятора для частотного преобразователя

При выполнении пусконаладочных работ в автоматизированных системах такого типа необходима начальная настройка ПИД-регулятора частотного преобразователя. Этот процесс для специалистов не представляет особых трудностей, поскольку большинство преобразователей частоты, поддерживающих подключение ПИД-датчика, имеют встроенный функционал управления коэффициентами, а также мониторинг параметров работы системы.

Как правило, этот функционал доступен через программную среду, которая предназначена для управления и настройки частотного преобразователя и поставляется вместе с ним.

Обычно программа позволяет просмотреть осциллограмму состояния системы и данные, которые позволяют более быстро и точно выполнять настройку. В общем случае процесс настройки сводится к подбору коэффициентов и выполняется в такой последовательности:

1. Перед настройкой вводом нулевых коэффициентов отключаются дифференциальная и интегральная составляющие.
2. Затем коэффициентом пропорциональной составляющей добиваются  стабильных автоколебаний с минимальными отклонениями от заданного значения.
3. Потом коэффициентом интегральной составляющей минимизируют амплитуду автоколебаний контролируемого параметра.
4. И наконец коэффициентом дифференциальной составляющей подбирают скорость выхода контролируемого параметра в рабочий режим и точность его поддержания.

В каталоге продукции нашей компании вы всегда сможете найти преобразователи частоты промышленного назначения разной мощности для управления электромоторами, которые поддерживают возможность подключения ПИД-датчика. Также вы всегда можете получить помощь наших специалистов по тонкой настройке систем на базе преобразователя частоты и датчика обратной связи, а также заказать разработку комплексов на их основе.

вернуться в блог