Всего пользователей
Сейчас на сайте
Всего статей
Всего комментариев
Схема устройства, для индикации состояния используется дисплей ЖКИ 16х2, 4 кнопки для управления и настройки параметров, два датчика температуры DS18B20 один для измерения температуры объекта управления, второй для измерения температуры окружающей среды.
Регулировка нагрева/охлаждения осуществляется с помощью ШИМ сигнала, в данном случае применяется 8-ми битный таймер по этому кол-во шагов регулирования ограничено в пределах 0-255, это накладывает некоторые ограничения на точность работы регулятора, а также настройки коэффициентов звеньев управления.
Включение регулятора происходит сразу после подачи питания.
Изменение уставки можно производить на основном экране, во время работы кнопками «UP» и «DOWN» уставка будет изменятся медленно (из-за опроса двух датчиков DS18B20). Предел изменения уставки от -55 до +125 градусов с шагом 0,1 градус.
Главный экран.
- Вверху слева отображается температура объекта (об=)
- Внизу слева отображается температура на улице (ул=)
- Вверху справа отображается уставка (в данном случае 0.0 С°)
- Внизу справа отображается выход ШИМ в процентах от 0 до 100% (выходная мощность)
Для перехода в режим настройки параметров зажать кнопку «RIGHT». Настройки листаются по кругу с выходом на основной экран при помощи кнопок «RIGHT» и «LEFT».
1.Первый пункт настроек «Настройка режима»
- ПИД регулятор может работать как в режиме охлаждения, так и в режиме нагрева.
Переключения между режимами по нажатию кнопок «UP» и «DOWN».
2. Второй пункт настройка уставки температуры
3. Третий пункт настроек «Настройка коэф P»
4. Четвертый пункт настроек «Настройка коэф I»
5. Пятый пункт настроек «Настройка коэф D»
6. Шестой пункт «Плавный разгон»
- При выборе в этом пункте «НЕТ», ПИД регулятор работает в нормальном для себя режиме, то есть быстрый выход на уставку и ее удержание.
- При выборе в этом пункте «ДА», уставка наращивается пошагово (20 шагов, по 1 мин).
При выходе на уставку ПИД регулятор работает в штатном режиме
ПИД регулятор необходимо настраивать с учетом пунка «Плавный разгон»
- если плавного разгона нет, то регулятор настраивается в обычном режиме.
- если плавный разгон есть, то регулятор необходимо настраивать на малый шаг. То есть при уставке в -3,0 С° и текущей температуре +23,3 С° шаг будет составлять (23,3 С° + 3,0 С°)/20=1,315 С°. При таком шаге рекомендуется настраивать регулятор задав ему уставку 21 С° при текущей температуре 23,3 С° (при настройке на мелком шаге, в режиме плавного разгона регулятор будет более мягко работать, колебания будут меньше).
Коротко по реализации самого ПИД в программе микроконтроллера:
Режим быстрого охлаждения (модуль Пельтье) Tуст=-2 Сo, P=25, I=3.5, D=0.5
Режим быстрого охлаждения (модуль Пельтье) Tуст=-2 Сo, P=30, I=4.5, D=3
Режим быстрого охлаждения (модуль Пельтье) Tуст=-2 Сo, P=20, I=5, D=4
Режим быстрого нагрева (модуль Пельтье) Tуст=50 Сo, P=20, I=2, D=20
Режим быстрого нагрева (нихромовая спираль) Tуст=50 Сo, P=40, I=0.5, D=0
нихромовый нагреватель, накрывается сверку коробкой и меряется температура воздуха, выглядит нагреватель так:
Режим плавного охлаждения (модуль Пельтье) Tуст=-2 Сo, P=25, I=3.5, D=0.5
Для начала перед настройкой надо разобраться в способе реализации регулирования. Поскольку у нас используется для расчета управляющего воздействия разностная схема, то рассмотрим ее подробней.
E(n) = T(n) - T0(n) – невязка, рассогласование системы.
Кp,Кi,Кd—коэффициенты усиления пропорциональной, интегрирующей и дифференцирующей составляющих регулятора соответственно.
n — номер выборки.
U(n-1) — предыдущее воздействие.
Рассмотрим воздействие каждой из 3-х составляющих отдельно.
Исходя из формулы, можно понять, что P составляющая будет иметь большое влияние в системе с быстрым изменением невязки. Чем больше текущая невязка отличается от прошлой, тем больше влияние P на формирование воздействия. В первый момент времени когда предыдущей невязки еще нет, то есть E(n-1)=0, P составляющая будет вырождаться к виду P=Kp*E(n) и соответственно будет формировать первый толчок в системе.
I составляющая зависит от текущей невязки, и предназначена для убирания остаточного рассогласования в системе.
D составляющая должна сгладить выбросы регулятора, особенно с учетом его запаздывания при реакции на управляющее воздействие. (поскольку в данном случае регулировки времени выборки нет, и время выборки жесткое, то запаздывание в системе будет всегда, к тому же это в многом зависит от конкретной системы).
Сначала настраивается Kp при этом Ki=0 и Kd=0
Ограничения:
Пропорциональный регулятор всегда будет удерживать температуру ниже заданной (чем меньше Кp тем больше будет рассогласование в системе ).
Очень важно понимать физические ограничения регулятора, поскольку у нас используется ШИМ управление, с скважностью от 0 до 255, то колебания будут наблюдаться всегда, поскольку у нас ограничен размер шага регулировки, но в установившемся режиме колебания будут не значительны.
Тзад — заданная температура (уставка)
Здесь нужно понимать допускается ли в системе, перерегулирования и какая скорость выхода на уставку необходима.
1 – коэффициент Кp слишком велико в системе наблюдаются колебания.
3 – коэффициент Кp близок к оптимальному, если допускается перерегулирование.
4 – коэффициент Кp близок к оптимальному, если не допускается перерегулирование.
5 – коэффициент Кp слишком мал, выход на уставку затянут.
После настройки Kp при использовании Kd, будем настраивать его при этом Ki =0, если Kd использоваться не будет, переходим к настройке Ki.
Kd постепенно увеличивается, для того чтобы получить переходную характеристику вида 2.
После настройки Kd переходим к настройке Ki.
После настройки Kp и Kd получается характеристика 1, при этом видно что удерживаемая температура ниже заданной. Для минимизации конечной невязки применяется И составляющая.
2 – коэффициент Ki слишком мал, выход на уставку затянут.
3 – коэффициент Ki близок к оптимальному.
4 – коэффициент Ki слишком велик, в системе наблюдается перерегулирование.
И в конце несколько картинок с разными вариантами настройки ПИД:
ВАЖНО: В данном случае графики приведены для режима нагрев, все рассуждения применимы к режиму охлаждения, при этом графики следует отобразить зеркально по вертикали относительно линии Тзад.
В новой версии предполагается добавить:
1. Передачу данных по USART (возможность удаленно мониторить ПИД + настраивать уставку)
2. Сделать настраиваемое кол-во шагов.
3. Сделать настраиваемый шаг по времени (от 1 мин до 60 мин)
4. Использовать таймер/счетчик 0x03FF (повысит точность регулирования в 4 раза)
5. Сделать страрт/стоп по нажатию кнопок "UP"/"DOWN" на главном экране
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.