Метод Циглера-Николса

aspirantis · 12.05.2011, 10:46

Здравствуйте!

Пробую настроить регулятор для работы по методу Циглера-Николса. Регулятор РТП-8.1 (http://www.iztech.ru/goods/10/) работает вместе с нагревателем и рабочим термосопротивлением. Нагревается жидкость в термостате. Можно немного обобщить - регулятор используется для регулирования температуры

. Попытавшись использовать метод Циглера-Николса получил неожиданные результаты. Все детали проведения опыта и данные могу сообщить после. Прошу помощи в "расшифровке" данных и определения причины столь странного поведения.

Буду благодарен за любую оказанную помощь.

DanilinSA · 13.05.2011, 21:33

Вопрос в стиле: "помогите расшифровать данные, но сами данные я вам не покажу"

Как инженер по автоматизации, много лет этому посвятившим и пропустившего через свои руки кучу регуляторов и своими руками настраивающим их на производстве:
1) Метод Циглера-Николса конечно рулит, но для его использования нужно как минимум понимать процесс регулирования. Наугад тыкатся новичку - настройки будут сильно неоптимальны.
2) Разберись внимательно с размерностими. Нередко вижу как новички пытаются делить килограммы на атмосферы с прибавлением расхода. Регуляторы аналогично. Иногда например "Интегральная" составляющая в регуляторах может быть Т или 1/Т. В зависимости от марки регулятора.
3) Разберись, что хочется получить. "Оптимальные" настройки - это из области мифов. Есть много параметров регулирования. И настройка - это решение, какие параметры будем улучшать в ущерб другим. Настройка параметров регулятора - это всегда поиск компромисов.

Если потянешь - сделай простенькую математическую модель обьекта и смоделируй работу регулятора. Заодно и подберешь настройки, близкие к желаемым. Студентам (ТАУ) обычно хватало пары

aspirantis · 14.05.2011, 09:23

Нет, вопрос не в стиле не покажу. Неизвестно было ответит кто-либо в этой теме. Данные, если потребуется. могу показать.

1. Думаю, что процесс регулирования температуры в моём случае я понимаю.
2. Про интегральную составляющую и её особенности знаю, спасибо. Коэффициенты регулятора по словам инженера фирмы, выпустившей прибор, безразмерны...
3. Как оказалось в моём случае, а, возможно, и в подавляющем большинстве случаев регулирования температуры, дифференциальная составляющая не вносит ощутимого вклада в регулирование температуры из-за большой инерционности объекта регулирования (здесь надо подробно оговаривать особенности объекта регулирования и приборов, что испольуют для регулирования, однако опять таки в большинстве своём, практически все составляющие одинаковы). Действуют лишь пропорциональная и интегральная составляющие. Что я обнаружил позавчера, а вчера убедился в том, что в моем случае это очень даже справедливо. То есть мне удалось приблизится к регулированию температуры на уровне 0.02 С, используя только П и И части. А надо обеспечить меньше 0.01 С, при этом выход на температуру должен быть мал на столько, на сколько это только возможно.

Боюсь, что сделать математическую модель объекта не смогу. Определять время запаздывания, подбирать звенья и т.д. достаточно долго и может не увенчаться успехом, на мой взгляд. Метод Циглера-Николса уже дал кое-какие результаты, правда, ещё далёкие от поставленной цели.

aspirantis · 20.05.2011, 13:10

Стоит ли выкладывать графики? Никто в теме не отвечает...

DanilinSA, графики выложить?

Alex9797 · 20.05.2011, 16:10

Сообщение от aspirantis

дифференциальная составляющая не вносит ощутимого вклада в регулирование температуры из-за большой инерционности объекта регулирования

У диф составляющей должна быть постоянная времени соответствующая инерционности, и тогда она будет вносить свой ощутимый вклад. Останется только правильно выбрать коэффициент для нее.
Впрочем, я соглашусь, что в большинстве случаев она только создает головную боль, поэтому часто обходятся без нее.

Yurkin2007 · 20.05.2011, 16:28

Сообщение от aspirantis

А надо обеспечить меньше 0.01 С

Вы не шутите, 0.01С ?!? А как Вам удаётся обеспечить равномерность распределения температуры по объекту ? Ведь, если где-то есть источник тепла, а где-то поглотитель, то всегда будет некий градиент температуры при теплопроводности, отличной от бесконечности! Можно, конечно, удержать в точке измерения температуту на уровне плюс-минус 0.01С. А какая температура будет в остальных точках объекта ?
И потом, если не секрет, как Вам удаётся измерять температуру с такой точностью ?

aspirantis · 20.05.2011, 16:41

Нет, не шучу. Конструктивно удаётся обеспечить ) Мешалка есть ) Я не измеряю, а именно регулирую в пределах 0.01 С. Потому что измерять с такой точностью рабочим термосопротивлением низя, а только лишь образцовым.

На счёт градиента согласен. Вопрос лишь в том, на сколько он мал будет )

Но ведь дело всё не в этом. Дело в том, надо ли выкладывать графики )

aspirantis · 20.05.2011, 16:43

Сообщение от Alex9797

У диф составляющей должна быть постоянная времени соответствующая инерционности, и тогда она будет вносить свой ощутимый вклад. Останется только правильно выбрать коэффициент для нее.

А как её определить? Методика есть или методом тыка (применяя логику и знания как работают и действуют П, И, Д, -части)? У меня как оказалось, коэффициенты, "зашиваемые" в регулятор безразмерные. Поэтому Циглер-Николс уже отпадает, к примеру...

dg79 · 22.05.2011, 09:55

Сообщение от aspirantis

А как её определить? ...

Самый верный способ - построить графики выхода регулятора раздельно по составляющим... Это возможно если используется какой-то контроллер с возможностью редактирования программы.

При использования данного метода можно с уверенностью определить необходимость применения Д-составляющей.

DanilinSA · 22.05.2011, 13:15

Будет интересно посмотреть графики. Интересует:
1) Реакция на единичное воздействие. Сделать "ступеньку" на входе и построить график выходного сигнала. Регулятор должен быть отключен.
2) Графики работы с включенным регулятором.

Диференциальную составляющую пока забудь. Не в ней счастье.

Точность 0.01 С - это скорее "технический" вопрос. Точность датчика, измерительной схемы, экранировка наводок и т.д.
"Безразмерность" зашиваемых коэфициентов - это весело. Если у регулятора настройка "в попугаях" - настройка станет сложнее ...

Можно настроить эмпирически:
1) Отключаем Д компоненту. Т.е. регулятор получаем ПИ типа.
2) Выводим П на максимум, И - время интегрирования на безконечность. Получаем 2-х позиционный регулятор. В системе начнутся периодические колебания.
3) Уменьшаем П до тех пор, пока колебания не прекратятся. Уменьшаем чуть более чем нужно. Получаем П-регулятор.
4) Уменьшая И-составляющую и смотрим на скорость установления выходного сигнала. Учти, если сильно уменшая И - увеличиваем время регулирования или даже срываем в колебания. Т.к. падает устойчивость.
5) Получили настройки, которые "работают". Запоминаем эти настройки. Теперь по очереди немного "подкручивая" и возвращая настройки на место попробуй заставить регулятор работать лучше.
6) Если ПИ настроены - попробуй потихоньку вводить Д составляющую.

Сильно помогает способность "читать" график. Например я на глазок оцениваю качество и параметры регулирования, на глазок оценивая устойчивость системы.
При эмпирической настройке - опыт очень важно. Смотрю на график сигнала и сражу вижу что и куда подкручивать в настройках. И когда нужно остановиться, так как уперись в предел.