Алгоритм настройки ПИД регулирования.

[Southern]

Добрый день уважаемые форумчане, возник вопрос про ПИД регулирование, а именно, какие существуют алгоритмы настройки ПИД? В данный момент настраиваю сначала пропорциональный коэффициент, затем интегральный, и в конце дифференциальный. Но, (всегда есть но), при изменение входных значений в хаотичной форме, т.е. резкие коллебательные (в силу особенностей процессов), регулятор просто не отрабатывает задание, в разном виде, либо не стабилизируется процесс, либо идёт перерегулирование, или не отрабатывает.

Кто как настраивает?

В принципе по вашим советам постараюсь проверить все, но есть такие процессы на которых не все можно проверить методом "тыка", и здесь само собой возникает вопрос о математическом просчёте. Интересуют программы, может кто в экселе сделал (и не жалко поделиться).

Буду рад любым предложениям, советам, пожеланиям.

"Одна голова хорошо, а без головы ещё проще"

[Ryzhij]

На форуме есть "Поиск". И он работает
viewtopic.php?p=70373#p70373

[stesl]

здесь само собой возникает вопрос о математическом просчёте

Все так. Неплохо подходит MATLAB

[Southern]

На форуме есть "Поиск". И он работает
viewtopic.php?p=70373#p70373

Спасибо, пользовался, наверное нужно было пролистать до конца.

Отправлено спустя 1 минуту 42 секунды:

здесь само собой возникает вопрос о математическом просчёте

Все так. Неплохо подходит MATLAB

Видел эту "бесовскую" программу, есть какие нибудь файлы для ознакомления?

[Ryzhij]

Видел эту "бесовскую" программу, есть какие нибудь файлы для ознакомления?

Некоторые методички по вопросу

[petr2off]

Тут еще конечно еще опыт не помешает (который сын ошибок трудных). Проблема в том, что свойства объекта существенно значимы для настройки регулятора. Он тоже имеет, например свою интегральную составляющую. А в паспорте, скажем насоса или клапана таких характеристик нет. Т.е. при всем моем уважении к Матлабу, в нем регулируются виртуальные объекты.
Мой шеф глядя на МСН для энергетического оборудования, говорит а давай-ка для начала выберем такие Кп, Ки. Кд он сильно не любит. Выбирает на основе своего более чем 40 летнего опыта, и дисер у него был по управлению турбинами. А далее, давая возмущения и анализируя переходной процесс, подстраиваем Кп и Ки. Если "заброс" большой - снижаем Кп, если горбов многовато - подкручиваем Ки. Ну как то так.

[pike]

>Кд он сильно не любит.
Очень зря, хотя если ПИД реализован по стандартной учебной схеме, там с настройкой Д все не хорошо.
А так вырезка по настройке из "классика" Острем К, Виттенмарк Б "Системы управления с эвм".

[petr2off]

Понятно почему, операция цифрового (не аналитического) дифференцирования часто довольно неустойчивая.
Т.е. когда Вы принимаете реальный аналоговый сигнал, часто - последние 2-3 разряда у него мерцают.
Иначе говоря - реального изменения параметра нет, а по факту - мы имеем скачущее значение дифериенциала,
еще и с разными знаками. Конечно, можно придумать всякие там алгоритмы сглаживания, усреднения, зоны нечувствительности,
но не факт, что кроме дополнительного геммороя получится удовлетворительный результат. Самое неприятное, что при одних режимах результат может получится удовлетворительный, а при других нет.

[stesl]

Если "заброс" большой - снижаем Кп, если горбов многовато - подкручиваем Ки. Ну как то так.

Самая полная инструкция по настройке )) Сам так и делаю. Д, как и многие - не люблю. А в МатЛаб сам не разбираюсь, но ученые головы помогали нам так - давали какие то коэффициенты, забирали тренды по процессу. Гоняли на матлабе, давали коррекции. Выровняли неплохо, но и отклонений нахватали по технологии. Как то так ;)

[pike]

Понятно почему, операция цифрового (не аналитического) дифференцирования часто довольно неустойчивая.
Т.е. когда Вы принимаете реальный аналоговый сигнал, часто - последние 2-3 разряда у него мерцают.
Иначе говоря - реального изменения параметра нет, а по факту - мы имеем скачущее значение дифериенциала,
еще и с разными знаками. Конечно, можно придумать всякие там алгоритмы сглаживания, усреднения, зоны нечувствительности,
но не факт, что кроме дополнительного геммороя получится удовлетворительный результат. Самое неприятное, что при одних режимах результат может получится удовлетворительный, а при других нет.

Не совсем так, важна еще структурная схема реализации регулятора (Острем дает несколько вариантов, например). Для стандартной структуры однозначно верно:
"С увеличением дифференциальной составляющей Td растёт усиление на высоких частотах, что приводит к усилению шумов измерений и внешних возмущений. Поэтому дифференциальную составляющую используют только для улучшения формы переходного процесса в системе, а её практическая реализация обычно содержит фильтр высоких частот."

И:
"В ПИД регуляторе присутствует дифференциальный член, который, вносит положительный фазовый сдвиг до 90° на частотах выше K/Td. Это позволяет обеспечить устойчивость или улучшить качество регулирования системы в случаях, когда это невозможно сделать с помощью ПИ регулятора. Уменьшение амплитуды колебаний и увеличение коэффициента затухания с ростом постоянной дифференцирования Td объясняется тем, что благодаря положительному наклону АЧХ в области ω > K/Td уменьшаются сдвиг фаз в контуре регулирования и петлевое усиление.
Дальнейшее увеличение постоянной дифференцирования приводит у росту усиления ПИД регулятора на высоких частотах при ω > K/Td. Поскольку фазовый сдвиг, связанный с транспортной задержкой, неограниченно увеличивается с ростом частоты, то в системе даже с небольшой транспортной задержкой при увеличении Td всегда наступает момент, когда петлевое усиление на частоте фазового сдвига 180° превысит единицу. При этом на переходной характеристике замкнутой системы сначала появляются затухающие колебания, затем при дальнейшем увеличении Td система переходит в колебательный режим.
Таким образом, с ростом постоянной дифференцирования запас устойчивости замкнутой системы сначала увеличивается, затем падает."

Не доверие к Д составляющей часто связано с непониманием именно этих основных моментов.

[petr2off]

Да нет, недоверие к Д составляющей связано в первую очередь с плохими процедурами дифференцирования реальных сигналов сделанных в логике ПЛК.
Скажем у меня был случай когда сигнал температуры иногда "взбрыкивал" со 28 градусов до 1000 - это за цикл (100 мск) - довольно стандартный для ПЛК. Понятно, что это скорей всего помеха, но без Д составляющей у меня регулятор конечно вздрагивал - но "глотал" это возмущение без всяких процедур сглаживания и усреднения.

[pike]

Да нет, недоверие к Д составляющей связано в первую очередь с плохими процедурами дифференцирования реальных сигналов сделанных в логике ПЛК.

Не отрицая "эффект" криворукости программирования ПИД по методички с лабораторки в институте.

Для стандартной структуры однозначно верно:
"С увеличением дифференциальной составляющей Td растёт усиление на высоких частотах, что приводит к усилению шумов измерений и внешних возмущений. Поэтому дифференциальную составляющую используют только для улучшения формы переходного процесса в системе, а её практическая реализация обычно содержит фильтр высоких частот."

Скажем у меня был случай когда сигнал температуры иногда "взбрыкивал" со 28 градусов до 1000 - это за цикл (100 мск) - довольно стандартный для ПЛК. Понятно, что это скорей всего помеха, но без Д составляющей у меня регулятор конечно вздрагивал - но "глотал" это возмущение без всяких процедур сглаживания и усреднения.

Это даже не к ПИД, это просто на сигнал должен стоять медианный фильтр, что бы регулятор не вздрагивал от импульсных помех.

[rwg]

недоверие к Д составляющей связано в первую очередь с плохими процедурами дифференцирования реальных сигналов сделанных в логике ПЛК

Когда-то подсмотрел в Ремиконте формулу для Д-составляющей. Там сигнал, продифференцированный с постоянной времени Тд, сглаживали апериодическим звеном с постоянной времени Тд/8. Работает замечательно, особенно если пропустить дифференцированный сигнал не через один, а через 2-4 таких сглаживающих фильтра.

[Looker]

Это даже не к ПИД, это просто на сигнал должен стоять медианный фильтр, что бы регулятор не вздрагивал от импульсных помех.

У Изермана хорошо прописано, включая модификации ПИД регуляторов.
Вложение из моих заначек, далеко не всех.

[Southern]

Добрый вечер всем, ни фига себе я пропустил.
Из всего выше сказанного добавлю от себя. Когда регулируем один процесс (например поддержание уровня в емкости), то тут можно поиграться, автонастройка регулятора не всегда дает нужный результат, я бы сказал всегда не тот (например ТРМ12 - ОВЕН), с ПЛК (в моем случае это процессор TSX PSY P572823, визуализатор всего этого "хаоса" WinCC), тут как написан закон регулирования (ОЧЕНЬ ВАЖНЫЙ МОМЕНТ).

А для регулировки вручную (метод "тыка"), ставим коэффициенты, меняем задание, наблюдаем (частота, амплитуда), поправляем, смотрим и т.д. догоняем почти до идеала, но как я писал выше не на всех процессах можно "издеваться". За свой небольшой стаж работы в этой сфере видел профессионалов со стажем в автоматизации от 40 и более лет, (до сих пор в деле), так вот один строит ручками второй после расчетов, итог у всех работает на 5++.

И вот еще такой вопрос по автоматизации (и в тему и нет), со слов специалистов при заказе автоматизации процессов, якобы по каким-то требованиям для системы автоматизации делают симулятор, дабы обкатывать штатные и нештатные ситуации, проверять настройки и т.д. вопрос кто что знает?

Некоторые методички по вопросу

Спасибо

У Изермана хорошо прописано, включая модификации ПИД регуляторов.
Вложение из моих заначек, далеко не всех.

Спасибо

А так же большое спасибо всем кто принимает участие в обсуждении.

"В споре, рождается истина"

[Looker]

"В споре, рождается истина"

Спора нет, делимся практикой.
RSLoop Optimiser, в противовес ему встроенный настройщик для Logix: противоречили друг другу. На моем последнем объекте не сработали. Лучшая настройка прошла по методе института им. Дзержинского. Где-то у меня есть эксель под нее. Быстро не нашел. Когда найду - поделюсь.
PS. Лучшая настройка в замкнутом контуре - все беды учтены.

[pike]

Когда регулируем один процесс (например поддержание уровня в емкости), то тут можно поиграться, автонастройка регулятора не всегда дает нужный результат, я бы сказал всегда не тот (например ТРМ12 - ОВЕН), с ПЛК (в моем случае это процессор TSX PSY P572823, визуализатор всего этого "хаоса" WinCC), тут как написан закон регулирования (ОЧЕНЬ ВАЖНЫЙ МОМЕНТ).

Из моего опыта, рабочий ПИД и автонастройка, в обычных (не специализированных) ПЛК был только у ОМРОН в CJ1/CJ2. ПИД из OSCAT библиотеки Codesys, наверное минимально рабочий по характеристикам, но в целом "грустное" решение.
Из автономных регуляторов, из того с чем я возился, однозначно работающая автонастройка у ASCON (Gamma2, Kube) и OMRON (E5_N, E5_C).

[rwg]

автонастройка регулятора не всегда дает нужный результат

В конце 80х в журнале "Приборы и системы управления" авторитетный автор из НИИТеплоприбора написал, что современная ему наука не знает качественных универсальных методов автонастройки регуляторов. Для меня пока ещё никто не смог его опровергнуть.

[Михайло]

1. Надо понимать, что в некоторых случаях оптимальными по отдельности являются значения Кп=0 или Ти=0 или Тд=0. Для этого нужно понимать объект управления.
2. Значение Ти проще всего прикидывать как 1/3 от задержки по времени выхода переходного процесса на значение 100% при ступенчатом задании или хотя бы при просто резком скачке.

[Универсал]

по каким-то требованиям для системы автоматизации делают симулятор, дабы обкатывать штатные и нештатные ситуации, проверять настройки и т.д. вопрос кто что знает?

Что вы под этим подразумеваете? Железный, программный?
Я делал для себя аппаратные симуляторы нагревателя (горелка, теплообменник) и ёмкости. С их помощью предварительно настраивал ПИД регуляторы ТРМ12, ТРМ232, программные ПИДы на ПЛК154, ПЛК110. По крайней мере это помогало выработать навыки настройки и отловить косяки в программах.

[stesl]

современная ему наука не знает качественных универсальных методов автонастройки регуляторов

Рискну добавить - равно как и универсального метода настройки вручную.

1. Надо понимать, что в некоторых случаях оптимальными по отдельности являются значения Кп=0 или Ти=0 или Тд=0. Для этого нужно понимать объект управления.
2. Значение Ти проще всего прикидывать как 1/3 от задержки по времени выхода переходного процесса на значение 100% при ступенчатом задании или хотя бы при просто резком скачке.

Мне не зазорно раз за разом говорить, что мне не смогли дать математику, и что английский бегло я читать тоже не могу. Поэтому такие вот от вставки от Михаила считаю жемчужинами всей темы )) Ведь уверен, я не один такой.
Понимаю, что так идеального результата (а может и вообще результата в сложных системах) можно и не добиться, но ведь пытаться надо? Для своих КИПовцев наваял проектик в Trace Mode - при помощи моделей и стандартного блока ПИД регулятора. На визуализации можно поиграться с коэффициентами, и получить, хотя бы в первом приближении, представление - как влияют эти коэффициенты на конечные графики процесса.

[Southern]

по каким-то требованиям для системы автоматизации делают симулятор, дабы обкатывать штатные и нештатные ситуации, проверять настройки и т.д. вопрос кто что знает?

Что вы под этим подразумеваете? Железный, программный?
Я делал для себя аппаратные симуляторы нагревателя (горелка, теплообменник) и ёмкости. С их помощью предварительно настраивал ПИД регуляторы ТРМ12, ТРМ232, программные ПИДы на ПЛК154, ПЛК110. По крайней мере это помогало выработать навыки настройки и отловить косяки в программах.

Симулятор однозначно программный.

[Универсал]

Я не смог придумать, как программно симулировать термодатчик для, например, ТРМ32 :-).

[Serex]

Когда я в своем отделе заговорил про настройку ПИД регулятора на одной из машин, коллеги на меня выпустили глаза и запшикали, что собью всю программу и потом работать не будет! Все таки магическая штука этот ПИД для некоторых людей.

[Looker]

эксель не находится