Настройка ПИД-регулятора в преобразователях частоты

Практически все современные частотные преобразователи имеют в своём арсенале встроенный ПИД-регулятор. Аббревиатура расшифровывается как пропорционально интегрально дифференциальный регулятор. С помощью этого устройства происходит автоматическое управление процессами, в результате которого система измеряет значения рабочих параметров и производит изменение соответствующих показателей.

Назначение ПИД-регулятора

Установка ПИД-регулятора является самым эффективным фактором, позволяющим регулировать параметры систем с частотными преобразователями в цепи управления. Регулировочный модуль воспринимает цепочку данных от задействованных элементов системы, обрабатывает их, и на основе полученной информации формирует собственный управляющий сигнал.

На примере контроля значения температуры, в подверженных к нагреву установках, ПИД-регулятор в автоматическом режиме производит изменения мощностных параметров системы. Это позволяет понизить обороты электродвигателя, либо снизить мощность подконтрольной установки. Таким образом предотвращается перегрев технологического оборудования.

Похожее взаимодействие различных узлов системы широко применяется во многих сферах производства и жизнедеятельности. Наибольшее распространение регулировочные блоки получили в управлении процессами поддержания расхода, давления, скорости и температуры.

Особенности и принцип ПИД-регулирования в частотниках

Регуляторный модуль считается основным узлом замкнутой самокоординирующей системы. Осуществление грамотной настройки ПИД-регулятора, необходимо для самостоятельного мониторинга состояния системы, с последующим формированием управляющих импульсов. Основным принципом точной настройки модуля, является получение максимальной точности и высокого качества переходного процесса регулирования.

Поиск необходимых коэффициентов, на основании которых формируется управляющий сигнал, может осуществляться различными способами. Однако определённый алгоритм всё же имеется.

Поэтапный алгоритм ПИД-регулирования:

1. Выставление всех регулирующих параметров на значения равные «0».

2. Установка максимальной рабочей мощности регулируемой установки. Осуществление ступенчатого увеличения значения пропорционального регулятора. Непрерывное наблюдение за реакцией системы на изменение параметров. Увеличение производить до момента появления отчётливых колебаний, вызванных процессом перерегулирования.

3. Произвести уменьшение значения пропорционального регулятора. Достигнуть стабильности системы, зафиксировав момент положения регулятора, при котором достигнуто полное затухание колебаний.

4. Уменьшить значение регулятора ниже стабилизационного предела системы на 15%. После этого понизить рабочую мощность подконтрольной установки.

5. Поэтапно увеличивать рабочую мощность системы. Повышать положение интегрального регулятора до тех пор, пока не станет очевидным процесс затухания колебаний. Показатель интегрального регулятора понизить до уровня, при котором установка снова станет стабильной.

6. В случае необходимости установки значения дифференциального регулятора, надлежит постепенно повышать скорость вращения привода. Следует добиться положения дифференциального регулятора, при котором система останется стабильной, а значение времени восприятия управляющего сигнала установкой будет минимальное. Значение считается правильно подобранным, когда система требует не более одного перерегулирования.

7. Произвести тестирование параметров настройки, выставляя различные значения мощности подконтрольной установки.

Настройка ПИД-регулятора

Настройка регулировочного модуля осуществляется в соответствии с тремя требуемыми параметрами:

Подробная процедура настройки ПИД-регулятора описана в инструкции по эксплуатации непосредственно для используемого частотного преобразователя.

Параметры доступные для ПИД-регулирования:

Выходной управляющий импульс ПИД-регулятора частотного преобразователя формируется из трёх составляющих сигнала:

Пропорциональная составляющая

Пропорциональное звено осуществляет усиление отклонения между заданным сигналом и сигналом обратной связи. Это необходимо для соблюдения коррекции пропорционально значению отклонения. При возрастании этого параметра, увеличивается скорость реакции системы на управляющее воздействие сигнала. Чрезмерное превышение значения коэффициента пропорциональности, приведёт к потере стабильности регулировочного процесса и появлению колебаний негативного происхождения.

В процессе формирования значения управляющего сигнала, использование лишь одного пропорционального регулятора невозможно.

“ Пример: При приближении к установленной отметке значения температуры нагревателя, мощность установки будет неизменно снижаться. При падении мощности, приближение к заданной температурной отметке будет происходить, но уже медленнее. В итоге необходимая температура так и не будет достигнута, а мощность установки упадёт до критических значений.

Для предотвращения таких случаев, следует производить настройку дополнительных регуляторов интегрального и дифференциального звена. 

Настройка пропорциональной составляющей (П-звена) ПИД-регулятора:

Интегральная составляющая

Интегрирующее звено производит финальную корректировку остаточного отклонения значения пропорциональной составляющей. Соразмерное увеличение коэффициента интегрирования позволит свести остаточное отклонение к нулю. Однако значительное превышение указанного параметра может вызвать всё ту же нестабильность в работе установки, вызванное появлением пагубных колебаний.

Настройка интегральной составляющей (И-звена) ПИД-регулятора:

Дифференциальная составляющая

Дифференцирующее звено повышает степень реагирования оборудования, в результате чего уменьшается время, требуемое на отклик системы. Существенное превышение значения этого коэффициента, способно привести к сбою в работе установки.

Фильтр задержки

Настройка параметров фильтра задержки производится для сглаживания стремительно изменчивых отклонений. Если увеличить задержку - процесс замедлится, и наоборот.