ПИД-регулятор и встроенный и внешний потенциометр. Что это такое, какой принципы работы? Когда и для каких целей их используют?

Выбирая частотный преобразователь, в технических характеристиках к нему, мы часто видим такие обозначения, как встроенный или внешний «Потенциометр», встроенный «ПИД-регулятор. Рассмотрим, для чего они необходимы, в чём их удобство, преимущество.

Встроенный или внешний потенциометр применяется для оперативного регулирования, настройки выходной частоты частотного преобразователя, которая линейно зависит от его положения относительно нулевой точки. Под нулевой точкой, понимаем то положение ручки потенциометра, когда его сопротивление равно нулю, что соответствует выходной частоте, заданной как минимальной. Чаще всего, под минимальной частотой понимают значение частоты равное нулю. Но желательно устанавливать его по минимальной рабочей частоте, на которой возможна работа двигателя продолжительное время, без перегрева. В современных двигателях это указано в инструкции по эксплуатации (паспорту) к электродвигателю. Работа двигателей на минимальных частотах регламентируется способностью их системы охлаждения справляться с нагревом двигателя при работе на малых оборотах.

Второе положение потенциометра, соответствует положению потенциометра, когда его сопротивление максимально, что обычно соответствует максимально заданной частоте, которую можно обычно задать в настройках частотного преобразователя. Максимальную частоту,также задают в зависимости от особенностей электропривода, большинство двигателей сохраняют момент и при работе на частоте сети 60 Гц, что даёт +20% прироста частоты вращения электродвигателя. Внешний потенциометр является полным аналогом встроенного и позволяет оперативно регулировать частоту оборотов, но может быть установлен на определённом расстоянии от частотного преобразователя. А использование его вместе с дискретными входами, которые программируются, как функции «Старт», «СТОП» и прочие, позволяет сделать внешний, дистанционный пульт управления. Подключается внешний потенциометр центральным выводом к аналоговому входу, сконфигурированным для отслеживания сигнала изменения напряжения. Два других вывода подключаются к источнику питания, гальванически связанного с аналоговым входом. (В частотных преобразователях может быть несколько источников питания для запитывания внешних потребителей, например, дискретные и аналоговые входы обычно гальванически разъединены.)

Сопротивление внешнего потенциометра выбирается из диапазона 1-10 кОм, характеристику изменения сопротивления от положения ручки желательно выбирать линейную (бывают логарифмические, обратнологарифмические, синусоидальные, косинусоидальные). Подключать, при удалении более чем на один метр, желательно экранированным сигнальным кабелем. И чем дальше мы планируем вынести потенциометр, тем с меньшим сопротивлением его желательно выбрать. Программирование аналогового входа с подключенным к нему потенциометром, обычно заключается в установлении верхнего или нижнего и верхнего пределов регулирования.

ПИД-регулятор, это программно-аппаратный реализуемый алгоритм обработки входного аналогового сигнала, несущего информацию о состоянии конкретной физической величины (давление, температура, влажность),зависящей от числа оборотов электродвигателя. Основное назначение ПИД-регулятора поддерживать точное значение или удерживать в диапазоне значений управляемой частотным преобразователем физической величины. Девяносто процентов использования ПИД-регуляторов приходится на поддержание постоянного давления в различных гидравлических системах. Расшифруем само понятие ПИД-регулятор – Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор.

Теперь о его работе.

ПИД – регулятор обеспечивает обратную связь между измеряемой физической величиной и числом оборотов двигателя. Выходное значение ПИД регулятора показывает на какое значение и в какую сторону нужно изменить частоту, чтобы значение физической величины осталось постоянным. Т.е. если ничего не надо менять,на выходе ПИД- регулятора будет ноль.

Пропорциональное звено определяет пропорцию между входным и выходным сигналом. Чем больше мы устанавливаем коэффициент пропорциональности, тем на большее число оборотов, при разнице текущего значения физической величины от заданного, изменится частота вращения двигателя за один такт, при регулировании частотным преобразователем со встроенным ПИД-регулятором. С одной стороны меньше тактов- лучше, а если частоту нужно было уменьшить на 100 Гц, а уменьшили , благодаря завышенному коэффициенту пропорциональности на 200, потом надо поднять опять на 100, а мы можем поднять из-за коэффициента пропорциональности на 200?? Возникает автоколебательный процесс. Можно, конечно точно подбирать, но для всех изменений подобрать его не реально. Для этого существует интегральное звено.

Интегральное звено вычисляет действующее значение разницы между заданным и текущим значением физической величины за интегральное время (интегральный коэффициент). Т.е он позволяет найти перерегулирование или недорегулирование на каждом такте, и в зависимости от значения интегрального коэффициента за определенное число тактов свести разницу между заданной и текущей физической величиной к нулю. Допустим мы имели перерегулирование 100 Гц и автоколебательный процесс с неизвестным периодом. Т.е. то больше, то меньше. Если мы возьмём интегральное время меньше чем период автоколебаний, то разовая коррекция будем меньше амплитуды, например – 20 Гц. И за пять тактов постепенно отнимая в каждом такте по 20 Гц, мы добьемся необходимой выходной частоты. (На самом деле пропорциональная, интегральная, составляющая вычисляется на каждом такте, и постоянно корректируется). Т.е. интегральное звено устраняет автоколебательные процессы и увеличивает стабильность системы. А если скорость изменения процессов физических величин высока, текущее значение физической величины, зависящая, в нашем случае, от выходной частоты частотного преобразователя (скорости вращения двигателя)?? Пропорциональный коэффициент будет часто меняться, время изменения будет больше чем время такта ПИД-регулятора?? (Под временем такта мы понимаем время необходимое ПИД-регулятору обработать входные величины и выдать сигнал коррекции). Тут тоже нет возможности выдать правильный сигнал коррекции частоты,для обеспечения равенства заданного значения физической величины с текущим.

Дифференциальное звено измерят скорость изменения отклонения физической величины, и позволяет учитывать это при коррекции выходной частоты. Допустим пропорциональное звено выдало регулирование 200 Гц, необходимо 100 Гц, это нам скорректировало интегральное звено, отняло 100, но на следующем такте отклонение уже изменилось так, что необходимо скорректировать не на 100 Гц , а на 400. У дифференциального звена тоже есть свое время дифференцирования, дифференциальный коэффициент. Поставим большое, можем потерять процесс быстрого изменения отклонения физической величины, поставим малое – придётся больше тактов регулировать. При малом времени, необходимые 400 Гц, будут скорректированы за несколько тактов, а при большом мы можем не увидеть изменения.

Существуют общие правила для программирования всех ПИД-регуляторов.

  • Увеличьте пропорциональный коэффициент насколько возможно без возникновения эффекта самовозбуждения.
  • Уменьшите интегральное время насколько возможно без возникновения самовозбуждения.
  • Увеличьте дифференциальное время насколько возможно без возникновения эффекта самовозбуждения.

Тут есть определённые противоречия, но большинство частотных преобразователей идёт уже с перенастроенными ПИД-регуляторами под работу с насосами. На основании вышеизложенного и пользуясь инструкцией к конкретному преобразователю частоты, можно настроить ПИД-регулятор под необходимый технологический процесс.

JoomShaper
 michael kors handtasche sale