PI i PID regulacija

Kod osnovnih zakona upravljanja (P, I, D) dejstvo regulatora, odnosno upravljačkog sistema koji vrši regulaciju može da zavisi linearno od greške, ali može da zavisi i od integrala greške ili prvog izvoda greške po vremenu. Kombinacijom navedenih osnovnih regulatora dobijaju se PI (proporcionalno-integralni), PD (proporcionalno-diferencijalni) i PID (proporcionalno-integralno-diferencijalni) regulatori.

Proporcionalna regulacija obezbeđuje da samo dejstvo regulatora na vrednost izlazne veličine bude proporcionalno greški koja nastaje na izlazu. Međutim, ukoliko koristimo samo proporcionalnu regulaciju dobićemo i veliko odstupanje (offset) od željene vrednosti na izlazu.

Upravo se integralna regulacija uvodi kao dodatak proporcionalnoj regulaciji da bi se to odstupanje smanjilo. Na slici vidimo da se odstupanje (offset) smanjilo nakon uvođenja proporcionalno-integralne (PI) regulacije. Međutim, negativna strana uvođenja integralnog regulatora je to što on povećava inertnost sistema, pa upravljački sistem sporije reaguje na spoljne uticaje. Bez obzira na to PI regulacija  u većini slučajeva trajno otklanja grešku rada upravljačkog sistema sistema u stacionarnom režimu. Ali, tek sa dodavanjem i diferencijalne regulacije, odnosno sa kompletnom PID regulacijom dobija se mnogo stabilnija, brža i tačnija regulacija. Uvođenjem D regulacije dobija se brza reakcija sistema na promenu veličine greške, a samim tim se povećava stabilnost i brzina reagovanja sistema. Svi ovi regulatori bez obzira na način rada treba da prilikom procesa regulacije obezbede odgovarajuću stabilnost i preciznost, kao i odgovarajuću brzinu regulacije. PID regulacija obezbeđuje da svi ovi zahtevi budu ispunjeni jer obezbeđuje odgovarajuću reakciju na bilo koju promenu regulisane veličine a takođe omogućava i kvalitetnije upravljanje sistemima pri početnom približavanju zadatoj vrednosti.

Impulsna regulacija

Impulsna regulacija je oblik regulacije koji obezbeđuje impulsno (kratkotrajno) uključivanje izvršnih organa, čime se onemogućava da regulisana veličina usled inercije premaši zadatu vrednost. Impulsni regulatori kod kojih je trajanje impulsa i pauze konstantno ne obezbeđuju brzu reakciju na promene u samom sistemu. Ukoliko se međutim, trajanje impulsa (ili pauze) menja, odnosno moduliše u zavisnosti od veličine odstupanja na izlazu sistema onda se na taj način može dobiti značajno brža reakcija na promene izlazne veličine. Kod regulatora čiji se rad zasniva na primeni širinsko imulsne modulacije (PWM), amplituda Um upravljačkog signala (impulsa) ima uvek istu vrednost ali dužina trajanja impulsa (ili pauze) zavisi upravo od toga koliko je veliki signal greške, odnosno odstupanje od zadate vrednosti na ulazu PWM regulatora. Na slici vidimo širinsko impulsnu modulaciju kod koje se vrši modulacija dužine trajanja impulsa. Ukoliko je odstupanje od zadate vrednosti veliko onda će i dužina trajanja impulsa biti veća. Ukoliko bi sad ovu situaciju primenili na polje temperaturne regulacije, to bi značilo da će grejač koji treba da izvrši zagrevanje nekog suda, biti duže uključen (duži impulsi rada) sve dok je odstupanje veliko, odnosno sve dok je temperatura u njemu daleko ispod zadate vrednosti temperature koja treba da se dostigne. U kombinaciji sa PI regulacijom, širinsko impulsna regulacija daje mogućnost regulacije temperature sa velikom preciznošću.

Precizna regulacija temperature pomoću LOGO! 0BA6 primenom PI i PWM regulacije

U primeru sa slike vidimo kako se u okviru softvera LOGO! Soft Comfort V6.1, koji predstavlja softversko okruženje LOGO!-a, može realizovati precizna regulacija temperature. Uz novu verziju Siemens-ovog mikro PLC-a LOGO! 0BA6 kao i odgovarajućeg fizičkog okruženja (temperaturne sonde, grejača i startnog prekidača), kao i već pomenutog softvera ovaj zadatak se izuzetno lako može realizovati. Program je realizovan u FBD-u sa samo nekoliko funkcijskih blokova. Program kombinuje prethodno pomenute načine regulacije, PI regulaciju i PWM regulaciju. Podešavanje PI regulatora u okviru  LOGO! Soft Comfort V6.1 je vrlo jednostavno jer u okviru njegovog menija postoje i već gotove kombinacije kojima su parametri PI regulacije podešeni za odgovarajuće aplikacije (brze ili spore promene temperature, različite aplikacije kojima se reguliše pritisak, nivo tečnosti itd…) Signal sa izlaza PI regulatora se dovodi na ulaz PWM regulatora, pa na taj način PWM regulator ima direktnu informaciju o tome kolika je greška, odnosno odstupanje od zadate vrednosti, pa u skladu sa tim reguliše i vreme trajanja impulsa. U zavisnosti od veličine greške izvršni organ (u našem slučaju jedan ili više grejača) će se duže ili kraće impulsno uključivati. U primeru sa prethodne slike smo već videli da će impulsi koji uključuju grejač biti znatno duži na početku dok je trenutna temperatura daleko od zadate vrednosti ali će takođe biti i znatno kraći u trenucima  kad trenutna vrednost bude nadomak zadate vrednosti. Grejač će se dakle, uključivati sve kraće i kraće kako se budemo približavali zadatoj vrednosti temperature. Na ovaj način, može se ostvariti izuzetno velika preciznost temeraturne regulacije sa tačnošću od 0,1°C. Prilikom realizacije ovakvih rešenja regulacije potrebno je jedino voditi računa o tome da se kao izlaz PLC-a koriste tranzistorski a ne relejni izlazi. Relejni izlazi su elektromehaničke komponente koje imaju svoj vek trajanja. Ukoliko bi se otvarali i zatvarali na svakih par sekundi, njihov životni vek bi bio mnogo kraći.

Autori teksta:

Dragan Petrović

Dragan Marinković


Više informacija: PIN d.o.o., Miklošiceva 38, Beograd, Tel.: 011/7445821, 7445823, http://www.pindoo.co.rs

Follow me