ПИД регулятор, простым языком о сложном.

Эта тема зрела давно, и разбивать её на три части было бы не совсем правильно. Поэтому приготовьтесь, будет несколько видео, несколько примеров и вообще, смело добавляйте её в закладки. В конце статьи буду добавлять ещё ссылки на материалы позднее, а теперь поехали.

Про тему регулирования и управления знают все, кто планировал что-либо автоматизировать. Если взяться за любой процесс и его пытаться автоматизировать, то в первую очередь необходимо начинать с технологии процесса.

То есть необходимо, как минимум, понимать, что с чем связано, и как всё происходит. Только затем составлять технологическую схему, и далее уже вводить регуляторы.

Способов регулирования достаточно большое количество, но достаточно простой и надежный, а самое главное, проверенный временем — это пид-регулятор.

Почему именно ПИД, а не П или ПИ, или ПД, они же проще, скажете вы. Отвечу просто: из ПИД всегда можно получить любые три из них. Тем более, большинство современных регуляторов созданы на программном уровне, и обрабатываются микропроцессором, а не на ОУ (операционных усилителях), как раньше. Хотя на ОУ тоже достаточно интересно.

Итак, для начала, поделюсь видеороликом, снятым зарубежным коллегой и переведенным на русский язык, но с моими добавлениями.

Поверхностное описание принципа работы ПИД-регулирования

Теперь вы немного знакомы с общей идеей, и мы движемся дальше. Для того, чтобы описать процесс в формулах, необходимо вспомнить или узнать что такое:

• сложение — просто складываем два сигнала (например 5 В и 3 В), или
• вычитание — аналогично первому, только со знаком минус
• умножение — умножение одного числа на коэффициент (пропорциональное регулирование)
• интегрирование у меня есть целая статья об этом (накопление статистики и расчет того, насколько недостаточно, или, наоборот, избыточно воздействие)
• дифференцирование (это показатель динамики системы — ускоряемся мы или тормозим).

Если с первыми тремя пунктами всё предельно просто, то со следующими уже необходимо разбираться и понимать, как они воздействуют на объект. Но лучше обо всем по порядку. Я предлагаю рассмотреть пример отопления дома.

1. У нас нет регулирования.

Пример простой, но в то же время достаточно наглядный. В тех домах, где есть центральное отопление, мы принимаем радиаторы как они есть. Для нас эта система не регулируема. Мы можем только открывать форточки или дополнять установкой конвектора, но в целом, как нам подали тепло из центрального отопления, так мы его и принимаем. Подробнее можно посмотреть в видеоматериале.

Тогда просто термостат будет управлять в режиме «греть — не греть» (так называемое двухпозиционное регулирование). Но и его, при желании, можно настроить очень точно.

3. Пропор2. Система простого регулирования (двухпозиционное регулирование).

В данном случае о процессе регулирования говорить можно, но совсем приближенно. Хотя в целом, система будет устойчивой.

Что мы имеем:

• теплогенератор — он же газовый котел
• датчик температуры, лучше сказать чувствительный элемент — биметаллическая пластина, которая даёт команду котлу греть или не греть
• система радиаторов, через которые идет воздействие на температуру в доме.

В данном случае котел будет подобран таким образом, чтобы в пике нагрузки работать на 80% мощности. То есть если требуется 20 кВт, то его максимальная мощность будет 24 кВт.

Нам для теоретических предположений можно сделать несколько поправок. Всё тепло, выданное котлом в систему, в итоге останется в доме (с учётом КПД самого котла).