Разработка ПИД-регулятора и его частных разновидностей. Проект для SCADA‑системы GeniDAQ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

Кафедра компьютерных систем и программных технологий

ОТЧЕТ

по курсовой работе на тему

"Разработка ПИД-регулятора и его частных разновидностей. Проект для SCADA‑системы GeniDAQ"

по проектированию компьютерных систем управления

                                                           Студент гр.5081/1

                                                           Зачтено ________________________

                                                           Преподаватель проф.

Санкт-Петербург

2010

1. Техническое задание

1.1.  Формулировка задания

Проект для ПИД-регулятора и его частных разновидностей (оригинальный, разработанный и из имеющихся в SCADA-системе). Модель объекта математическая (первый порядок, предусмотреть задание времени переходного процесса и начальных условий).

q  Уровень 1 – параметры регуляторов фиксированы. Разомкнутый режим.

q  Уровень 2 – параметры процессов задаются в режиме выполнения. Разомкнутый режим.

q  Уровень 3 – дополнительно обеспечивается исследование в замкнутом контуре с использованием математической модели объекта.

Для уровней 2 и 3 предусмотреть в режиме выполнения по кнопке два подрежима – задания параметров и режим управления.

1.2.  Требования к обработке ошибок задания исходных данных

Предусмотреть контроль задания параметров регулятора, параметров объекта, а также периода сканирования задачи.

1.3. Версия SCADA‑системы

Advantech GeniDAQ 4.25

2. Основные теоретические положения

ПИД является одним из наиболее широко распространенных законов регулирования. Он позволяет подстраивать управляющее воздействие в соответствии с заданными постоянными времени в зависимости от динамики управляемого процесса.

Назначение ПИД-регулятора — поддержание заданного значения x₀ некоторой величины x с помощью изменения другой величины u. Значение x₀ называется уставкой, а разность e = (x₀ − x) — невязкой или рассогласованием.

Выходной сигнал регулятора u определяется тремя слагаемыми:

где К_p, К_i, К_d — коэффициенты усиления пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих регулятора, соответственно.

В программной реализации для оптимизации расчетов переходят к рекуррентной формуле:

T₀- время дискретизации

Функции управления в ПИД-регуляторе могут быть разделены в соответствии с требованиями к системе. Имеются следующие режимы управления: режим 1, режим 2 и режим 3.

Управление в режиме 1 (пропорциональное регулирование) выполняется простейшее пропорциональное регулирование. При этом управляющее воздействие формируется в виде разности между значением стабилизации и измеренным значением сигнала обратной связи, умноженной на коэффициент пропорциональности (P). Большему значению коэффициента пропорциональности соответствует более высокая скорость реакции регулятора. Иными словами, регулятор быстрее отрабатывает разность между уставкой и значением сигнала обратной связи. Пропорциональный регулятор может быть получен путем установки нулевых значений К_п и К_д.

Управление в режиме 2 (пропорционально-интегральное регулирование) позволяет снизить погрешность регулятора за счет того, что рассогласование между регулируемым параметром и уставкой (значением стабилизации) поступает на вход интегрирующего звена регулятора и после интегрирования суммируется со значением на выходе пропорционального звена. Пропорционально-интегральный регулятор может быть получен путем установки нулевого значения К_д

Управление в режиме 3 (пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование) позволяет учитывать динамику изменения регулируемого параметра путем вычисления значения и знака его производной с последующим вычитанием из значения сигнала на выходе пропорционально-интегрального звена регулятора, что обеспечивает возможность достижения минимума ошибки на выходе ПИД-регулятора за наиболее короткий интервал времени.

Звено первого порядка имеет следующую передаточную функцию:

Если произвести замену , можно получить дискретную передаточную функцию:

Где .

T₀- время дискретизации

Из предыдущей формулы можно получить рекуррентную формулу:

Здесь следовало показать, как обеспечивается независимость временных параметров процесса от периода сканирования задачи.

3. Проектирование проекта

3.1. Используемый инструментарий

Перечень блоков, использованных в окнах задач:

·  тэг (tag) предназначен для установления связи между элементами управления редактора форм отображения, а также между функциональными блоками и виртуальными тэгами (см. [1], стр. 86);