Часть 2. Настройка ПИД-регулятора.

1. В среде программирования CIMPLICITY Machine Edition откройте проект, который был создан в при выполнении первой части лабораторной работы.

2. Перед началом исследования динамических свойств объекта необходимо выполнить следующие подготовительные операции:

- на вход IN второго функционального блока «SCALE INT» (после блока «PID_ISA») записать значение 4000, что соответствует уровню сигнала управления исполнительным устройством 40% (данное значение записывается в регистр %R00002);

- открыть шибер печи или убедиться, что он открыт.

3. Подождите пока закончится переходный процесс и температура в печи примет установившееся значение (значение, которое хранится в регистре %R00010, не должно изменяться).

4. После того, как переходный процесс будет закончен, на вход IN второго функционального блока «SCALE INT» (после блока «PID_ISA») запишите значение 6000, что соответствует изменению уровня сигнала управления исполнительным устройством на 20% (с 40% до 60%).

5. В окне отображения временных диаграмм проследите переходный процесс изменения температуры в печи (диаграмма R00010). Дождитесь окончания переходного процесса. Сохраните полученную диаграмму и распечатайте ее на отдельном листе.

6. При определении динамических свойств объекта регулирования примем следующее допущение. Будем считать, что объект является апериодическим звеном первого порядка с запаздыванием. Передаточная функция такого объекта выглядит следующим образом:

где: - коэффициент усиления объекта; - время запаздывания объекта управления; - постоянная времени объекта.

Идентификация параметров передаточной функции объекта производится по графику переходного процесса (так называемой, кривой разгона), полученному из п. 5.

7. Параметры передаточной функции объекта регулирования определяются в соответствии с рис. 8.

Рис. 8. Определение динамических свойств объекта регулирования.

На рис. 8 - величина изменения управляющего воздействия (по условию проведения эксперимента %).

8. По известным параметрам , и определяются коэффициент пропорциональности и постоянная времени интегрирования для ПИ-закона регулирования по следующим зависимостям:

Для ПИД-закона дополнительно необходимо определить постоянную времени дифференцирования:

Приведенные зависимости для определения настроечных параметров регуляторов взяты из технической документации компании GE Fanuc на контроллеры семейства VersaMax. Однако для настройки регулятора могут применяться и другие формулы. Ниже приводятся зависимости для определения настроечных параметров регуляторов, обеспечивающих различные виды переходных процессов.

Для получения апериодического переходного процесса:

- коэффициенты ПИ-регулятора:

где - время изодрома;

- коэффициенты ПИД-регулятора:

где - время предварения.

Для получения переходного процесса с 20% перерегулированием:

- коэффициенты ПИ-регулятора:

- коэффициенты ПИД-регулятора:

Для получения переходного процесса с минимальной интегральной оценкой:

- коэффициенты ПИ-регулятора:

- коэффициенты ПИД-регулятора:

9. Задайте полученные значения , и в качестве параметров функционального блока PID_ISA (вход IN4 – задает , вход IN6 - , а вход IN5 - ). Не забывайте, что перед записью на вход IN4 величину необходимо умножить на 100 (записывается ближайшее целое число), величину необходимо умножить на 1000 ( на вход IN6 записывается ближайшее целое число), а величину необходимо умножить на 100 (на вход IN5 записывается ближайшее целое число).

10. Соедините выход OUT первого функционального блока «SCALE INT» (перед блоком «PID_ISA») с регистром внутреннего назначения %R00001. Загрузите полученную программу в контроллер и запустите проект на исполнение. Установите режим обмена данными с контроллером с помощью кнопки (online/offline) на панели инструментов. Перейдите в окно просмотра временных диаграмм и дождитесь окончания переходного процесса.

11. Для исследования параметров качества переходных процессов в САР печи с настроенными параметрами ПИ-регулятора необходимо снять временную диаграмму переходного процесса. Для этого в редакторе прикладных программ измените величину заданного значения регулируемого параметра (значение, подаваемое на вход SP блока PID_ISA) с 4000 на 6000 (что соответствует изменению уставки регулирования с уровня 40°С до 60°С). Перейдите в окно просмотра временных диаграмм и дождитесь окончания переходного процесса. Сохраните полученную временную диаграмму.

12. Измените нагрузку печи. Для этого закройте шибер и наблюдайте за процессом регулирования до его окончания. Сохраните полученную временную диаграмму.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите основные этапы разработки прикладных программ в инструментальной среде программирования CIMPLICITY Machine Edition.

2. Приведите зависимость, реализующую ПИД-закон регулирования функционального блока PID_ISA.

3. Нарисуйте временную диаграмму отклика П-, ПИ- и ПИД-регулятора на ступенчатое изменение задания регулятора.

4. Определите по временной диаграмме настроечные коэффициенты ПИД-регулятора.

5. Как осуществляется идентификация динамических свойств объекта регулирования?

6. Приведите зависимости для определения настроечных параметров ПИ-закона регулирования.

7. Перечислите основные параметры качества переходных процессов.

8. Определите по графику переходного процесса параметры качества регулирования.