Что такое ПИД-регулятор и для чего он нужен.

Все преобразователи частоты торговой марки «Лидер» оснащены ПИД- регулятором, который расшифровывается, как пропорционально- интегрально-дифференциальный регулятор, с помощью которого можно построить замкнутую систему регулирования, например давления, расхода, уровня, температуры и т.д.

Работа ПИД-регулятора заключается в формировании на выходе сигнала, задающего такую выходную частоту ПЧ, чтобы поддерживался технологический параметр с заданной точностью и качеством.

ПИД-регулятор получает информацию от двух источников: задания уставки, которая определяет величину поддерживаемого технологического параметра и от обратной связи, например аналогового датчика с выходным сигналом 4-20 мА.

Например, есть система накачки воздуха высокого давления с датчиком давления с выходным токовым сигналом 4-20мА и компрессором работающим от асинхронного электродвигателя. При работе электродвигателя компрессора от преобразователя частоты с встроенным ПИД- регулятором, если давление упадет ниже заданной уставки, ПИД- регулятор задаст преобразователю частоты увеличить, на необходимую в данный момент величину, частоту вращения электродвигателя компрессора, что повысит его производительность и в свою очередь давление в управляемой системе. И наоборот, при повышении давления, ПИД- регулятор уменьшит на частотном преобразователе задание частоты вращения электродвигателя, вплоть до его полной остановки. Таким образом, при помощи преобразователя частоты с встроенным ПИД- регулятором можно добиться поддержания в системе строго заданного давления, без опасных колебаний.

Встроенный в преобразователи частоты ПИД- регулятор имеет заводские настройки, тем не менее, каждая система имеет свои индивидуальные особенности, которые могут повлиять на точность работы ПИД- регулятора. В этом случае может потребоваться оптимизация работы, путем настройки параметров ПИД- регулятора.

Пропорциональный коэффициент - вырабатывает выходной сигнал путем вычисления так называемой ошибки, т.е. рассогласовании между заданной уставкой и сигналом обратной связи. Если сигнал обратной связи равен заданному значению, то выходной равен нулю. При увеличении его значения реакция на управляющее воздействие ускоряется, но чрезмерное увеличение коэффициента может вызвать незатухающие колебания системы.

Время интегрирования - пропорционально интегралу по времени от отклонения регулируемой величины. Этот коэффициент не сразу вступает в работу, т.к. ему нужно накопить ошибку и его воздействие начнет увеличиваться, таким образом устранив статическую ошибку. Однако, чрезмерное увеличение времени интегрирования, так же как и с пропорциональным коэффициентом, может привезти к возникновению незатухающих колебаний системы.

Время дифференцирования - пропорционально темпу изменения отклонения регулируемой величины от уставки, которое может возникнуть в будущем. Эти отклонения могут быть спровоцированы внешними возмущениями или запаздыванием воздействия ПИД- регулятора на систему. Чем быстрее регулируемая величина отклоняется от уставки, тем сильнее противодействие, создаваемое дифференциальным коэффициентом.

Одним из относительно простых способов настройки ПИД-регулятора является метод настройки Циглера-Николса. Первоначально выставляем все коэффициенты в ноль. Настройка начинается с подбора пропорционального коэффициента усиления, увеличивая его (с нуля) до тех пор, пока в системе не установятся колебания с постоянной амплитудой. Фиксируем значение коэффициента и обозначаем его как К_у. Измеряем период колебаний системы Т_к. По значениям К_у и Т_к рассчитываются параметры регулятора

После расчёта параметров, как правило, требуется ручная подстройка для улучшения регулирования. Недостатком данного метода является необходимость выводить регулируемую системы на границу устойчивости, что для некоторых объектов не всегда возможно.