Ограничения на применение

Данный алгоритм настройки PID-регулятора не может быть применён к структурно неустойчивым объектам управления.

Оптимальные настройки вычисляются при соотношении времени запаздывания к постоянной времени объекта не более 0,5.

Период опроса параметра и вызова алгоритма настройки должна быть не менее 0.05 постоянной времени объекта.

Амплитуда колебаний регулируемого параметра (отклик на пробный сигнал) должна быть не ниже 8 единиц кода АЦП. Например, 0.5% для 12-разрядного АЦП составляет 20 единиц.

Блок адаптивного регулирования (APDD)

Данный блок позволяет организовать регулирование по PDD-закону с автоматическим вычислением настроек регулятора.

В инструментальной системе работа блока адаптивного регулирования поддерживается только в отладчике программ. Для использования этого алгоритма в реальном времени требуется Adaptive Control МРВ, Adaptive Control Double Force МРВ или Adaptive Микро TRACE MODE с поддержкой данной функции.

Входы и выходы блока

Блок APDDимеет 7 функциональных входов и 5 выходов. Его входы имеют следующее назначение:

REG– вход управления. Значение этого входа определяет следующие режимы работы блока:

0 – регулирование с использованием настроек, поданных на входы KP, KDи KDD;

1 – вычисление настроек регулятора;

2 – сброс всех результатов вычислений (значения настроек на выходах блока, критическая частота и амплитуда генератора);

3 – сброс критической частоты и амплитуды;

6 – непрерывное вычисление настроек регулятора с плавным переходом от старых значений к новым. В этом режиме определение текущих настроек и их введение в регулятор происходит автоматически. Значения настроек постоянно индицируются на выходах KP, KD, KDD;

10 – регулирование с использованием вычисленных настроек, сформированных на выходах KP, KDи KDD;

ZDN– задание регулятору;

INP– регулируемый параметр;

KP– коэффициент при пропорциональной составляющей;

KD– коэффициент при первой производной PDD-закона;

KDD– коэффициент при второй производной PDD-закона;

AMP– ограничения на амплитуды. Положительное значение – на амплитуду сигнала, добавляемого к выходу регулятора (по умолчанию 10, минимальная – 4), а отрицательное – на колебания выхода объекта (по умолчанию 1, минимальная – 0.5). При старте МРВ значение этого входа должно быть положительным (т.е. вход должен задавать ограничение амплитуды на входе объекта).

На выходах данного блока формируются следующие величины:

Q– величина управляющего воздействия;

KP– коэффициент при пропорциональной составляющей;

KD– коэффициент при первой производной;

KDD– коэффициент при второй производной;

STS– индикатор текущего состояния адаптации.

Величины, подаваемые на входы ZDN, INPи AMP, должны задаваться в процентах (в диапазоне от 0 до 100). Величина управляющего воздействия на выходе Qформируется в диапазоне от -100 до 100.

Описание работы блока

Если вход REGравен 0 или 10, блок реализует функцию обычного PDD-регулятора. В первом случае используются настройки, заданные входами блока KP, KDи KDD, а во втором – полученные на соответствующих выходах.

Для перехода в режим автонастройки (одноразовое определение оптимальных настроек регулятора) следует установить в 1 значение входа REG. Для перехода в режим непрерывной адаптации (постоянное определение оптимальных настроек регулятора) нужно на вход REGподать значение 6. В обоих случаях процесс управления объектом осуществляется параллельно с процессом настройки регулятора.

Работа алгоритма настройки основана на подаче на вход объекта пробного гармонического сигнала. Амплитуда колебаний выходного сигнала объекта по умолчанию удерживается в пределах от 0.3% до 1%. Верхний предел амплитуды колебаний может быть изменен подачей отрицательной величины на вход AMP. Абсолютное значение этой величины задает ограничение на амплитуду колебаний выхода объекта.

Критерием выбора настроек является минимизация среднеквадратичной ошибки регулирования. Получаемые настройки минимизируют колебания при переходных процессах.

Реализованный алгоритм является помехоустойчивым. Он работает даже в том случае, если дисперсия шума в несколько раз превышает амплитуду пробных колебаний выходного сигнала. При настройке алгоритм исключает появление неустойчивых режимов работы контура.

Быстродействие процесса самонастройки зависит от уровня шумов, неслучайных возмущений, действующих на объект управления.

Индикатором хода процесса настройки регулятора является величина выхода STS. Он может принимать следующие значения.

0 – настройка завершена (или не запускалась);

1 – настройка регулятора завершена успешно. Получены значения оптимальных настроек;

2…100 – поиск оптимальных настроек. Значение выхода уменьшается от 100 до 1 и показывает близость к завершению работы алгоритма;

101 – невозможно провести адаптацию. Слишком много воздействий на систему или уровень шумов сравним с амплитудой гармоники на выходном сигнале объекта. Следует уменьшить внешние воздействия или попробовать увеличить уровень максимально возможной амплитуды колебаний на выходе объекта;

102 – невозможно провести адаптацию. Не удается достигнуть необходимой амплитуды сигнала на выходе (от 0,3 до 1 максимальной). Следует увеличить амплитуду входа или уменьшить амплитуду выхода;

103 – невозможно провести адаптацию. Границы диапазона изменения управляющего сигнала не дают увеличить амплитуду сигнала на входе объекта. Следует либо изменить амплитуды, либо сместить уровень управляющего воздействия;

104 – невозможно провести адаптацию. Границы диапазона изменения регулируемого параметра не дают увеличить амплитуду сигнала на выходе объекта. Следует повысить ограничение на входную амплитуду или сместить входной сигнал с границ диапазона регулирования;

105 – невозможно провести адаптацию. Следует увеличить частоту пересчета программы.

В случае нормального завершения адаптации (значение 1 на выходе STS) на выходах KP, KDи KDDформируются новые значения настроек для регулятора. Для их использования надо присвоить новые значения соответствующим входам и задать входу REGзначение 0. Для регулирования по полученным настройкам без присвоения их входам следует подать значение 10 на вход REG.

При задании жестких ограничений на амплитуду пробного сигнала алгоритм может сформировать сообщение о невозможности подобрать оптимальные настройки. Минимальное значение амплитуды следует устанавливать с учетом разрядности АЦП, коэффициента усиления и инерционности объекта.

В процессе адаптации значения настроек KDD и KD вычисляются по относительному времени – тактам вызова программы. Для использования настроек во внешних регуляторах необходимо привести их к реальной временной шкале. Значение периода вызова программы можно получить с помощью блока TSTEP.