Pid

Частотник danfoss vlt micro fc 51. Проблемы с установками частоты.

У меня возникла следующая проблема. Купили вытяжную приточную установку вместе со щитом управления. К щиту управления подключаются преобразователи частоты VLT Micro Drive – Danfoss, на вытяжную вентиляцию и на приток.

Не знаю как разобраться в описании: как настраивать преобразователь частоты, чтобы он мог выключаться командой с управляющего пульта. Частотный преобразователь работает один. Подключили к нему сеть питания – он работает. Отключать его можно, выключив автоматический выключатель или нажав кнопку на корпусе прибора. Это очень неудобно.

Я изучал инструкцию, очень большую, ответа так и не нашел на мой вопрос. Нашел лишь то, что написано: «сигнал управления подается на контакт №18. Взял и подключил на этот контакт сигнал управления, но ничего не изменилось.

Оказалось, что надо искать причину от того, что на частотный преобразователь не подключены контакты термореле от моторов вентиляторов. Это контролирование тока. Учитывая эту информацию, настроили частотный преобразователь VLT Micro Drive – Danfoss во 2-й раз. Есть электрическая схема, но в ней ничего не понятно.

Урок 40. ПИД регулятор. Принцип действия, математическое описание, настройка.

Продолжение разработки проекта контроллера модуля Пельтье, начатой в уроке 36. Узнаем, что такое ПИД регулятор.

Основная задача контроллера холодильника – поддержание в камере заданной температуры. Делать это будет регулятор температуры за счет изменения электрической мощности на модуле Пельтье.

В предыдущем уроке мы разработали регулятор мощности. Связь регуляторов мощности и температуры выглядит так.

Регулятор температуры получает измеренную температуру, сравнивает ее с заданной температурой и вычисляет значение заданной мощности для регулятора мощности.
Регулятор мощности формирует ШИМ, соответствующий заданной мощности.

Регулятор мощности мы построили по интегральному закону регулирования. Для стабилизации температуры будем использовать более сложный алгоритм управления – пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор.

ПИД регулятор.

В предыдущем уроке я подробно рассказал об интегральном регуляторе. Подчеркнул его достоинства и недостатки.

Регулятор, работающий по такому принципу, обладает высокой точностью. Остальные критерии качества регулирования – быстродействие и устойчивость — у него не на высоте.

Для того чтобы добиться высоких показателей для всех критериев необходимо использовать регулятор, объединяющий в себе разные законы регулирования.

Именно таким устройством является пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор. Он формирует выходной сигнал, являющийся суммой трех составляющих с разными передаточными характеристиками. Благодаря этому ПИД регулятор обеспечивает высокое качество регулирования и позволяет оптимизировать управление по отдельным критериям.

Скачать PIDы

Скачать PID для Torque Pro можно из представленной таблицы.

Имя	Размер	Скачиваний
BMW 320 E91 AT	1 KiB	792
BYD F3 ABS	2 KiB	2022
BYD F3 Delphi MT20U	1 KiB	1794
Chery Tiggo Delphi System 2.0L-2.4L 4G63-4G64	2 KiB	2514
Chevrolet Aveo Lacetti Daewoo Nexia SiriusD42	5 KiB	7561
Chevrolet Aveo Sedan 2011 SiriusD42 1CCU	1 KiB	2773
Citroen C4 2014	7 KiB	917
Citroen C5 5FN 2011	7 KiB	663
Fiat Doblo	2 KiB	656
Ford Focus II топливо пробег	296 B	1096
Ford Fusion Restyle 2006 Benzin 1.4L	3 KiB	2283
Geely ABS MK70	419 B	1976
Geely Delphi MT20U2	2 KiB	1983
GreatWall Delphi MT20U2 EOBD	3 KiB	2036
Gybrid Vehicle Toyota PRIUS MHW11	4 KiB	1665
Honda Accord 2009	2 KiB	2443
Honda FIT GK3 2014	1 KiB	521
Honda Insight 2014	2 KiB	502
Hyundai Elantra 2003	3 KiB	2512
Hyundai HD Coupe	1 KiB	2120
Hyundai I30 1.6 CRDI DPF 2016	1 KiB	765
Jeep Wrangler TPMS 2016	605 B	511
Kia Sorento	660 B	2982
Kyron D20DT	1 KiB	1949
Largus ABS	1 KiB	2166
Largus SRS	2 KiB	1952
Lexus RX330 4WD	4 KiB	583
Lifan Solano ABS Mando	2 KiB	1642
Lifan Solano ABS Wanxiang	1 KiB	1590
Micas 11.4 EURO 3	2 KiB	517
Mikas 10.3 ZAZ Sens	3 KiB	2032
Mikas 11	1 KiB	1806
Mitsubishi L200 NMPS 4D56 New Pajero Sport	8 KiB	2907
Mitsubishi Outlander 2008-2015	6 KiB	3863
Mitsubishi Pajero-4 3.0 V93W	10 KiB	2230
MUT Plugin Import	5 KiB	2701
Opel Astra K 1.6 2016	1 KiB	2312
Opel Astra-G 2002 Y17DT	3 KiB	2598
Opel Astra-J 1.3 2012 сажевый фильтр	1 KiB	741
Opel Combo C 1.3 CDTi	3 KiB	594
OPEL MERIVA B Benzin A14XER	6 KiB	1995
Opel Vectra B X18XE	2 KiB	2469
Peugeot 307 SW ME744	3 KiB	695
Peugeot 307 АКПП AL4	3 KiB	683
Peugeot 308 2010 SL4	2 KiB	727
Renault Fluence Megane	4 KiB	6120
Renault Fluence Megane Kontrol Raboty Ustrojs	1 KiB	4879
Renault K9K 832 And 836	6 KiB	6979
Renault Kangoo ECU DCM12 1.5l DCI	2 KiB	3200
Renault Scenic RX4 2002 Diesel	2 KiB	2869
Renault Trafic	1 KiB	2559
Reno Trafic II Diesel 2500	2 KiB	2025
Sagem2000	2 KiB	1457
Siemens ACR167 KWP	1 KiB	1720
Skoda Kodiag 4WD Haldex	2 KiB	755
SsangYong Kyron Rexton Action Musso Korando Benzin 2.3 MSE	3 KiB	2780
Subaru Forester 2011 ABS	784 B	680
Suzuki Swift 2005	2 KiB	1696
Toyota AXIO 2ZR 2006	3 KiB	1790
Toyota Corolla 2002 1CD-FTV	2 KiB	2607
Toyota Corolla Verso 2.2 D-cat 2006	1 KiB	639
Toyota Kami Terios K3-VE Toyota Duet EJ DE TeriosKid EF-DEM	3 KiB	1822
Toyota Passo 1KR-FE	4 KiB	1649
Toyota PRIUS NHW10	3 KiB	1920
Toyota Sienta 1NZ-FE CVT	3 KiB	1776
Toyota Sienta ABS 1NZ-FE CVT	2 KiB	1743
Toyota Sienta EMPS 1NZ-FE CVT	2 KiB	1708
Toyota Vitz 1KRFE 2009	1 KiB	1887
UAZ Patrion M17	2 KiB	2339
VAZ Itelma Avtel M73	4 KiB	3436
VAZ Yanvar 7.2 EURO2	2 KiB	3819
Volkswagen Caravelle 2.5 TDI	1 KiB	601
Volkswagen Caravelle 2.5 TDI Rus	2 KiB	785
Volvo XC70 D5 2008	929 B	2259
Yanvar	2 KiB	2472
Yanvar 5 1	1 KiB	2702
Yanvar 5.1.1 R83	2 KiB	2609
Yanvar 7.2 EURO2	2 KiB	3055
ВАЗ M74CAN	3 KiB	1515
Микас 7.6 ZAZ Sens	3 KiB	726

Задача настройки

Настройка регулятора производится с одной единственной целью: подобрать его коэффициенты для данной задачи таким образом, чтобы регулятор поддерживал величину физического параметра на заданном уровне. В нашем примере физическая величина — это температура.

Допустим текущая температура в помещении 10 °С, а мы хотим, чтобы было 25°С. Мы включаем регулятор и он начинает управлять мощностью обогревателя таким образом, чтобы температура достигла требуемого уровня. Посмотрим как это может выглядеть.

На данном рисунке красным цветом показана идеальная кривая изменения температуры в помещении при работе регулятора. Физическая величина плавно, без скачков, но в тоже время достаточно быстро подходит к заданному значению. Оптимальное время, за которое температура может достигнуть заданной отметки, определить довольно сложно. Оно зависит от многих параметров: размеров комнаты, мощности обогревателя и др. В теории это время можно рассчитать, но на практике чаще всего это определяется экспериментально.

Чёрным цветом показан график изменения температуры в том случае, если коэффициенты подобраны совсем плохо. Система теряет устойчивость. Регулятор при этом идёт «в разнос» и температура «уходит» от заданного значения.

Рассмотрим более благоприятные случаи.

На этом рисунке показаны графики, далёкие от идеального. В первом случае наблюдается сильное перерегулирование: температура слишком долго «скачет» относительно уставки, прежде чем достичь её. Во втором случае регулирование происходит плавно, но слишком медленно.

А вот и приемлемые кривые:

Данные кривые тоже не идеальны, но могут быть сочтены за удовлетворительные.

В процессе настройки регулятора, пользователю необходимо стремиться получить кривую, близкую к идеальной. Однако, в реальных условиях сделать это не так-то просто — приходится долго и мучительно подбирать коэффициенты. Поэтому зачастую останавливаются на «приемлемой» кривой регулирования. Например, в нашем примере нас могли бы устроить коэффициенты регулятора, при которых заданная температура достигалась бы за 15-20 минут с максимальным перерегулированием (максимальными «скачками» температуры) 2 °С. А вот время достижение уставки более часа и максимальные «скачки» температуры 5 °С — нас бы не устроили.

Далее поговорим о том, как подобрать коэффициенты для достижения оптимального регулирования. Рекомендуется настраивать коэффициенты в том же порядке, в котором это описано.

Настраивание ПИД-регулятора общего вида

Для такого поддержания давления существует прибор, который называется регулятором задания. Давление в трубах на датчике идет в сравнение с параметром заданного давления. Регулятор сравнивает системное давление с давлением задания, определяет задачу скорости для двигателя для изменения ошибки. Простой вид регулятора применяет план действий ПИД-регулирования. В нем применяются три составляющие типа регуляторов для удаления ошибки: дифференциальный, интегральный и пропорциональный регулятор.

Регулятор пропорционального типа

Такой регулятор – главный, скорость задается в прямой зависимости от ошибки. При применении пропорционального регулятора система будет иметь ошибку. Малые значения коэффициента регулятора пропорционального типа дают вялость системы, а высокие параметры к колебаниям и нестабильности системы.

Регулятор интегрального типа

Такой регулятор применяется для удаления ошибки. Скорость увеличится до удаления ошибки (снизится при негативной ошибке). Небольшие значения суммирующей составляющей слишком оказывают влияние на деятельность регулятора в общем. При установлении больших значений происходит промахивание системы, она функционирует с перерегулированием.

Регулятор дифференциального типа

Такой регулятор измеряет скорость корректировки ошибки, применяет для повышения системного быстродействия, увеличивает регуляторное быстродействие в общем. Во время увеличения быстродействия регулятора повышается перерегулирование. Это обуславливает к системной нестабильности. Во многих случаях составляющая дифференциальная становится равной нулю или близкой к наименьшему значению для того, чтобы предотвратить это состояние. Она бывает полезной в позиционирующей системе.

Три составляющих рабочего процесса ПИД-регулятора

Формирование выходного сигнала осуществляет пропорциональная составляющая. Данный сигнал удерживает входную величину, подлежащую регулировке, на нужном уровне и не дает ей отклоняться. С повышением этого отклонения возрастает и уровень сигнала.

Если на входе регулируемая величина сравняется с заданным значением, то уровень выходного сигнала будет равен нулю. Однако на практике невозможно отрегулировать нужную величину с помощью лишь одной пропорциональной составляющей и стабилизировать ее на определенном уровне. Всегда существует вероятность статической ошибки, равной величине отклонения, поэтому стабилизация выходного сигнала останавливается на этом значении.

Данная проблема решается за счет использования второго, интегрирующего компонента. Его основным элементом является интеграл по времени, взятый от общей величины рассогласования. То есть, интегральная составляющая находится в пропорции с этим интегралом. Данный компонент способен ликвидировать статическую ошибку, так как регулятор постепенно накапливает учет статической погрешности.

Таким образом, при отсутствии внешних воздействий, через определенный период времени регулируемая величина будет приведена в стабильное состояние на отметке правильного значения. В этом случае величина пропорциональной составляющей будет нулевой, а интегрирующая полностью обеспечивает точность выходных данных. Однако и она может вызвать неточности, требующие исправления, в случае неправильного выбора коэффициента.

Эти отклонения устраняются за счет третьих – дифференциальных составляющих, пропорциональных с темпом изменяющегося отклонения величины. Она препятствует отклонениям, возможным в перспективе под влиянием задержек или внешних воздействий. Все три компонента дискретно связаны между собой.

Настраивание ПИД-регулятора

Для моторной управляемости системы настраивание ПИД-регулятора бывает сложным процессом. Расскажем, какие шаги для настройки могут сделать проще эту процедуру.

Определите значение дифференциальной и интегральной равной нулю. Определите наибольшую скорость и контролируйте системную реакцию.
Повышайте составляющую прямопропорционально и выполните первый пункт. Продолжайте действия до момента начала процесса с автоматическими колебаниями возле точки определения скорости.
Снижайте пропорциональную величину, пока система не стабилизируется. Волны колебаний начнут затухать.
Определите пропорциональную величину около 15% меньше этого постоянного пункта.
Определяйте наибольшую скорость прерывисто, повышайте суммирующую составляющую до начала уменьшения колебаний скорости перед стабильным состоянием системы. Снижайте суммирующую составляющую до достижения системой определенной скорости без ошибки и колебаний.
Во многих системах настраивание составляющей дифференциального вида не нужно. Если нужно быстродействие системы больше, то можно достигнуть этого путем настройки составляющей дифференциального вида. Устанавливайте скорость по интервалам, повышайте составляющую дифференциального вида, пока не стабилизируется система с наименьшим временем действия (повышайте медленно, избегая состояния нестабильности). Система станет оптимальной при одном перерегулировании.
Контролируйте стабильность системы, устанавливая значения скорости с интервалами и периодами для гарантированной стабильности системы при плохом исполнении задания.

П-регулятор

Буква «П» в названии П-регулятора означает слово «пропорциональный». П-регулятор берет в расчет текущее отклонение робота от линии и рассчитывает управление пропорционально текущему отклонению.

Например, наш расчет рассогласования написан таким образом, что смещение робота на пол-датчика в сторону от линии выдает ошибку рассогласования в одну единицу. Т.е. в случае если робот отклонился на полдатчика, то мы получим ошибку 1, если на один датчик, то ошибка будет 2, а если робот сместится на два датчика в сторону, то величина ошибки на выходе у нашей функции bot_position() будет четыре.

В этом случае мы можем написать П-регулятор так:

int avgSpeed = 150; // средняя скорость моторов int kP = 10; // коэффициент пропорциональной обратной связи int error; // Это ошибка положения error = bot_position(); correction = kP * error; motor1.move(avgSpeed*(1+correction)); motor2.move(avgSpeed*(1-correction));

Здесь функции motor1.move() и motor2.move() будут управлять скоростью левого и правого моторов, от -255 до 255. Видно, что если робот сместится в сторону на полдатчика, то скорости моторов изменятся, один мотор получит на вход ШИМ 165, а другой 135 и робот начнет двигаться по дуге. Представим, что линия под роботом делает резкий поворот и радиус движения робота все равно оказался недостаточным, чтобы вернуться на линию. В этом случае робот скоро сместиться от линии в сторону уже на целый датчик, ошибка станет равна двум, а коррекция — 20. Скорости моторов изменятся и станут равны 180 и 120 соответственно и робот еще активнее попытается вернуться на линию. Т.е. чем резче поворачивает линия под роботом, тем больше робот будет смещаться в сторону и тем больше будет разница скорости между моторами.

Как мы подберем коэффициент kP? Робот с низким kP называется недорегулированным. Такой робот не умеет поворачивать достаточно резко для того, чтобы оставаться на линии. Робот с высоким kP называется перерегулированным. Он начинает «дергаться» и двигаться зигзагами, отклоняясь от линии то вправо, то влево. На видео выше видно, что робот немного перерегулирован — он двигается не «как влитой», а колеблется, причем бывает, что колебаниями линейку отводит влево от линии, несмотря, что робот в этот момент совершает поворот влево. Нормально отрегулированный робот с П-контроллером всегда поворачивает вправо когда нос находится слева от линии и влево — когда нос находится справа от линии, т.к. он «ищет потерянную линию».

Давайте посмотрим на робота со значительно перерегулированным П-контроллером и мы увидим, что он колеблется постоянно:

П-регулятор хорош для медленных роботов, для которых инерция не влияет на движение робота. Давайте повысим скорость робота и мы увидим, что уже настроенных значений kP не хватает — робот начинает сходить. Мы будем вынуждены повысить kP, чтобы робот не сходил с линии. При этом робот будет перерегулирован и начнет двигаться зигзагами. Т.е. он может быть одновременно и недорегулированным — значений kP не хватает чтобы не сходить с линии, и перерегулированным — двигаться зигзагом. Причина этого одна — инерция. Мощности и скорости реакции двигателей и сцепления колес с трассой уже не хватает чтобы робот моментально реагировал на команды регулятора. П-регулятор не предназначен для управления роботами с инерцией и нам надо переходить уже к следующему виду регуляторов — ПД.

Общие сведения о ПИД-регуляторе

Аббревиатура ПИД происходит от английского понятия PID, и расшифровывается как Proportional, Integral, Derivative. На русском языке это сокращение включает в себя три компонента или составляющие: пропорциональную, интегрирующую, дифференцирующую.

Принцип работы ПИД-регулятора наилучшим образом подходит для контуров управления, схема которых оборудована звеньями обратной связи. В первую очередь, это различные автоматические системы где формируются сигналы управления, обеспечивающие высокое качество и точность переходных процессов.
В состав управляющего сигнала ПИД-регулятора входят три основных компонента, складывающиеся между собой. Каждый из них находится в пропорции с определенной величиной:

Первый – с сигналом рассогласования.
Второй – с интегралом сигнала рассогласования.
Третий – с производной сигнала рассогласования.

Если какой-либо компонент выпадет из этого процесса, то данный регулятор уже не будет представлять собой ПИД. В этом случае его схема будет просто пропорциональной, пропорционально-дифференцирующей, пропорционально-интегрирующей.

Поскольку эти приборы чаще всего используются для поддержания заданного уровня температуры, в том числе для чайников, целесообразно ПИД-регулятор рассматривать на практических примерах именно в этом ракурсе.

В самом процессе будет участвовать объект, на котором должна поддерживаться заданная температура. Все регулировки осуществляются извне. Другой составляющей будет само устройство с микроконтроллером, которое непосредственно решает имеющуюся задачу. Через измеритель на контроллер поступают данные об уровне температуры на данный момент. Мощность нагревателя отдельно контролируется специальным устройством. Для того чтобы установить требуемое значение параметров температуры, микроконтроллер нужно подключить к компьютеру.

Таким образом, исходными данными служат следующие температурные показатели: текущее значение и уровень, до которого должен нагреться или остыть рассматриваемый объект. На выходе должна получиться величина мощности, передаваемой к нагревательному элементу. Именно она обеспечивает необходимый температурный режим, позволяющий выполнить поставленную задачу. Для ее решения будут задействованы все три компонента, рассмотренные выше.

Пример использования регулирования ПИД

Данные

Механизм вентиляторного управления.
Характеристика градуировочная датчика давления, интервал 1000-5000 Па, ток 4-20 мА.
Значение давления 1500 Па.
Мощность механизма и инерционные данные вентилятора отсутствуют.

Наружные подключения

Датчик обратной связи подсоединен к токовому входу аналогового типа, датчик значения уставки к входу аналогового типа напряжения.

Обратная связь

Датчик связи определен по токовому выходу, входом связи обратного вида применяется токовый вход. Задается РR.10-00=02 (обратная связь с минусом по входу, повышение частоты выхода, повышает давление).

Сигнал связи обратного вида в масштабе

Вход связи обратного вида не создает масштаб по усилению и смещению. Применяя параметр PR10-01 можно изменять значение сигнала связи обратного вида в расчетах.

Применение параметра PR10-01 для корректировки значения сигнала связи обратного типа.

Значением PR10-01 можно корректировать значение сигнала связи обратного вида, который применяется в вычислениях. Интервал пропорциональности 0-10, по настройкам завода 1.

Сигнал связи обратного вида повышается в 2 раза перед установкой в ПИД-регулятор. Это равно снижению интервала входа в 2 раза.

Сигнал связи обратного вида снижается в 2 раза перед установкой в регулятор, это эквивалентно увеличению интервала входа в 2 раза. Сейчас интервал ограничен значением датчика.

Пример установки значения параметра PR10-01 (масштаб усиления обратной связи).

Интервал действия датчика:

-1000Ра – 5000Ра.

Наибольшее давление функционирования: 2000Ра.

Применяемая часть интервала работы датчика (закрепленная): -1000Ра-2000Ра.

Это будет равно: 2000Ра –(-1000Ра)

5000Ра –(-1000Ра) = 50%

Если интервал действия не больше 2000Ра с датчиком, то величина параметра

PR10-01 = 1/50%=2

Формула вычисления параметра PR10-01.

Наибольший сигнал датчика: MaxVal

Наименьший сигнал датчика: MinVal

Наибольший нужный сигнал связи обратного вида MaxFBVal

Величина значения ПИД (установленная частота).

Установленную частоту можно изменять операторами наклона и перемещения опции преобразования.

Направление момента вращения установки вентилятора не изменяется, лучше применять AVI вход с заданием значения PR 02-00=01.

Наклон и перемещение опции преобразования.

Задать PR04-00 AVI перемещение интервала.

PR04-01 AVI полярность.

PR04-02 AVI корректировка наклона.

Вращение производится в одну сторону, PR04-03 = 0 (по заводским настройкам).

Величина уставки.

Для установки величины входа интервал частоты рассчитывается 0-100%.

Установка значения уставки.

При функционировании вентилятора давлению в 1500 Ра равен сигнал датчика 10,67 мА. Величине уставки 1500 Ра равна частота выхода 42%*50 герц = 21 герц и 84%*50 герц = 42 герц.

Можно устанавливать значение в Ра. Если 100% интервала равно 2000 Ра, то при коэффициенте 00-05 = 2000/Fmax = 2000/50 = 40, установленная величина 1500 и задается 1500 Ра.

Интервал частоты выхода.

Верхняя граница частоты выхода при регулировке определяется формулой:

Fmax=Pr01-00хPr10-07.

ПИД-регулирование

Ускорение – замедление.

При взаимодействии с регулированием ПИД нужно время ускорения и замедления устанавливать минимальным для качественной регулировки.

Настраивание регулятора:

Задать величину I для легкого отклика, без перерегулировки.
Значение параметра для вентилятора не нужно, из-за замедления процесса.
Задать другие значения величин.

Советы по настраиванию:

Повышение Р разгоняет процесс, снижает ошибки.
При большом Р появляется неустойчивость процесса.
Снижение величины I ускоряет процесс, делает нестабильным.
Быстрота дает снижение Р и I.
Замедление вентилятора определяет большего значения Р.
Задайте время ускорения и замедления наименьшим.

настройка ПИД регулирование частотного преобразователя

Watch this video on YouTube

Не все проблемы из-за плохих настроек PID

Перед настройкой PID, вы должны изучить и другие данные:

Вибрация

Не все колебания вызваны высоким значением P. Перед настройкой PID вам необходимо максимально устранить источники вибрации на вашем дроне. Например, балансировка двигателей и пропеллеров, жесткость рамы и т. д.

Центр тяжести (CG)

Центр тяжести должен быть ровно посередине, между всеми 4-мя двигателями. Плохая центровка приведет к тому, что одни двигатели будут работать больше, чем другие, отсюда перегрев моторов и плохая стабильность полета. Например, аккумулятор находится в задней части, вместо расположение по-середине и поэтому задние моторы будут работать на 100%, а передние на 80%. Вся масса на квадрокоптере должна быть отцентрована и расположена равномерно. По этой причине Х-образные рамы самые популярные.