Dobór nastaw regulatorów uwzględnia dynamikę obiektu jak i wymagania stawiane zamkniętemu układowi regulacji .

Projektowanie układów regulacji obejmuje m.in. wybór typu regulatora oraz dobór jego nastaw.

Dobór nastaw regulatora jest bezproblemowy kiedy znamy charakterystyki dynamiczne obiektu. Taka sytuacja w praktyce zdaża się niezmiernie żadko. Za zwyczaj mamy do czynienia z regulacją obiektu nam nie znanego. Wtedy pozostaje zkorzystanie z metod przybliżonego doboeu nastaw regulatorów o których będzie mowa w tym referacie.

Przy wyznaczaniu nastaw regulatora PID stosuje się wiele różnych metod ich doboru.

Jednak do właściwego określenia nastaw konieczna się staje znajomość dynamiki obiektu.

Własności dynamiczne obiektu wyznaczane mogą być w oparciu o charakterystyki

częstotliwościowe , lub o charakterystyki czasowe. Korzystniejsza jest synteza w oparciu o

charakterystyki częstotliwościowe. Wymaga ona jednak dużego doświadczenia.

W roku 1942 Ziegler i Nichols jako pierwsi podali zasady przybliżonego doboru nastaw regulatorów oparte na znajomości tylko dwóch parametrów charakterystycznych układu, które w łatwy sposób możemy wyznaczyć eksperymentalnie. poniżej przedstawiony został algorytm postępowania przy doborze nastaw metodą z wyznaczaniem wzmocnienia krytycznego:

1. Nastawiamy regulator na działanie proporcjonalne (człon P)

2. Zwiększamy wzmocnienie aż do momentu osiągnięcia granicy stabilności

3. Mierzymy okres oscylacji t_osc

4. Mierzymy współczynnik wzmocnienia przy którym wystąpiły oscylacje

5. Przyjmujemy nastawy w zależności od rodzju regulatora zgodnie z tabelą

Nastawy określone w powyższy sposób powinny zapewnić przeregulowanie nie przekraczające 30%.

Układ wykożystywany przy metodzie bazującej na wzmocnieniu krytycznym

źródło: instrukcja do ćwiczenia nr 4

Sygnał na wyjściu przy wzmocnieniu równym wzmocnieniu krytycznemu

źródło: instrukcja do ćwiczenia nr 4

Sterowanie proporcjonalne z nastawą Kp ma wpływ na zmniejszanie czasu narastania i będzie zmniejszało uchyb w stanie ustalonym, lecz nigdy nie będzie go eliminowało. Sterowanie całkujące z nastawą Ti ma wpływ na eliminowanie uchybu w stanie ustalonym, lecz pogarsza odpowieź w stanie przejściowym. Sterowanie różniczkujące z nastawą Td ma wpływ na zwiększenie stabilności układu, zmniejszając przeregulowanie i poprawiając odpowiedź przejściową. Wpływ nastawy każdego sterowania Kp, Td oraz Ti na układ zamknięty zebrany został w tabeli 1.

Metoda strojenia bazują na wzmocnieniu krytycznym daje dobre rezultaty gdy spełniony jest

warunek:

2<K_oK_KR<20

lecz znów odpowiedź układu zamkniętego zawiera oscylacje. Parametry regulatora zaproponowane przez Zieglera i Nicholsa dla typowego regulatora pokazane są w tabeli 2

W powyższej tabeli umiesczono również nastawy parametrów wynikające z drugiej metody zaproponowanej przez Zieglera i Nicholsa, a mianowicie z metody bazującej na odpowiedzi skokowej.

Ziegler i Nichols zauważyli, że odpowiedź skokowa większości układów sterowania ma kształt podobny do tego z poniższego rysunku. Krzywa ta może być otrzymana z danych eksperymentalnych lub symulacji dynamicznej obiektu.

Krzywa o kształcie S jest charakterystyczna dla układów wyższych rzędów.

Transmitancja aproksymuje układy wyższych rzędów prostym układem I rzędu z

dodatkowym opóźnieniem To wyrażonym w sekundach. Jeśli styczna narysowana jest w punkcie przegięcia krzywej odpowiedzi, wówczas nachylenie linii jest wyznaczane ze wzoru R=K/T, a przecięcie stycznej z osią czasu określa czas opóźnienia To. Parametry T₀ i T można również znaleźć graficznie tak jak pokazano to na powyższym rysunku.

Metoda Zieglera-Nicholsa bazująca na odpowiedzi skokowej daje dobre rezultaty

gdy spełniony jest następujący warunek :

Klasyczne metody doboru nastaw Zieglera-Nicholsa zyskały na popularności wraz z pojawieniem się na rynku sterowników z funkcjami samostrojenia.

Po wstępnym strojeniu za pomocą jednej z wymienionych powyżej metod, należy dokończyć strojenie ręcznie aż do uzyskania pożądanych efektów.

Bibliografia:

1. Instrukcje do ćwiczeń w Laboratorium Automatyki Wydz. Elektrycznego

P. Cz., http://www.el.pcz.czest.pl/~imkt , http://www.el.pcz.czest.pl/~za/

4. Kaczorek T.: Teoria sterowania. PWN, Warszawa 1977 i nast. wydania

5. Kaczorek T.: Teoria układów regulacji automatycznej. WNT, Warszawa 1978 i nast.

wydania

www.sciaga.pl/prace/getattach.html?aid=1758

http://www.wsm.gdynia.pl/~kskula/dobor_nastaw.pdf

http://www.tu.kielce.pl/~cltm/studenci/wzimk/pa/lab-03.pdf