ПИ-регулятор в Siemens Logo

0:02 Для того чтобы управлять регулирующим клапаном. Вернусь верхнюю часть алгоритма. Мы с вами использовали 2 выхода в данном случае ку 1 ку 2. Условно у нас они были подключены к 2 контактором, то есть, по сути, к реверсивному пускателю, который коммутировал либо прямое чередование фаз на двигатель трехфазный, либо. Обратное чередование 2 фаз в схеме у нас было фазы, а и ц для того, чтобы организовать реверс. Ну и тем самым заставить регулирующий клапан двигаться в обратную сторону, то есть закрываться.

0:55 Собственно, обращаю ваше внимание, что сигналы у нас были дискретные, тонкая линия В. В случае же регулятора, как вы можете заметить во 1 здесь 1 выход вместо 2 и 2 важный момент. Собственно, это выход, аналоговый аналоговый, который представляет из себя некоторое целое число, возникает закономерный вопрос.

1:26 Кто виноват и что делать, но, но, собственно, кто виноват? Это среда разработки и 2 вопрос, а что делать с? Данной ситуацией непонятно, как из 1 аналогового сигнала сделать, собственно, несколько дискретных в данном случае 2. Ответ на самом деле лежит на поверхности. Нет, АЦП, это аналога цифровое преобразование, это обратное преобразование. Это как раз, когда мы измеряем сигнал датчика, цифра аналоговое преобразование она точно так же не дает нам. Ничего в плане того, что цап цифра, аналоговое преобразование на выходе, нам дает 1 аналоговый сигнал. Но по сути все равно, что мы вот этот выход подключили бы к ну вот так вот к выходу.

2:26 Аналоговому аналог Аутпут, то есть прямо физически выход контроллера. Ну и, собственно, думаем, что делать, как из аналогового сигнала сделать, собственно, дискретный, и здесь нам на помощь приходят товарищи. Приводчики, которые повсеместно используют вот этот вот чудесный блочок, который называется шим широтно импульсная модуляция фемин слога. Он тоже есть, он простенький. Маленький, но в принципе его достаточно пвм обозначается в английской терминологии. То есть широтная импульсная модуляция блочок, который меняет ширину импульса?

3:13 Ну и давайте попробуем. Опять же на простом примере разобрать, как использовать этот блочок с точки зрения управления регулирующим клапаном. Но опять же я, наверное, переключусь на великолепный инструмент, Пейнт.

3:36 Для того чтобы В графическом виде продемонстрировать принципы работы, то есть шов. То есть шотная импульсная модуляция? Напоминаю вам, что это такое, но фактически это изменение ширины импульса. При постоянной амплитуде. Самый простой аналог это. Утюг. Обычный бытовой утюг при его работе, вы слышите? Щелчки. Фактически в зависимости от тепловой нагрузки на утюг, то есть там используйте больше пара либо гладите влажную ткань, больше тепла уносится с поверхности, срабатывает чаще этот регулятор. То есть, по сути, дискретный регулятор в режиме ВКЛ выкл? Подает большее количество электрической энергии, в результате чего выделяется большее количество тепловой энергии. А при этом система остается дискретной, то есть вот классический пример широтно импульсной модуляции, ну и собственно по оси.

4:51 У нас мощность подаваемая в систему. Собственно, мощность системы она у нас может быть либо 0 выключена, да либо 100 включено. Ну потому что у нас нет другой возможности управлять. Регулиющим клапаном он у нас не работает в режиме позиционера, он работает в режиме. Либо открываемся, либо ничего не делаем, либо закрываемся.

5:17 Ну и собственно, вот давайте вот так сделаю. То есть вот максимальное значение мощности, которое мы можем подавать минимальное 0 по сикс, условно выставим время? Ну и сделаем отсечки в виде периодов. То есть период время 1 полного колебания? Пусть будет не знаю там. В типовом варианте это может быть. 200 Миллисекунд. 1 Секунда. Ну и так далее. И так если нам нужно на небольшую величину, будем считать, что у нас для простоты период 1 секунда, то есть вот 1 секунда.

6:09 2 Секунды и так далее. Так если нам за секунду. Необходимо передвинуть регулирующий клапан на небольшую величину. Мы сделаем очень просто, давайте красной линии нарисую. То есть в начале периода мы подаем полную мощность, то есть, к примеру, открываем клапан. Держим его. По сути, выходной сигнал держим, ну, к примеру, 200, Миллисекунд, а потом просто. Снимаем сигнал с выхода, то. То есть за период в данном случае равный 1 секунде мы фактически двигались.

6:59 Если это значение 200. Мы с вами двигались 20 или от максимальной скорости, то есть среднее. За секунду средняя скорость за секунду у нас оказалось 20, ты от максимальной. Это не означает, что у нас клапан стал медленнее открываться или медленнее закрываться. Там нет частотного преобразователя и так далее. Да, то есть это обычная синхроник с прямым пуском. Но с реверсивным, но так или иначе, пускатель коммутирует цепь напрямую. Это означает, что средне интегральная скорость движения клапана за секунду была 20, что хотим больше, пожалуйста, в.

7:54 В следующий период я взял и выставил, допустим, 50.% То есть это означает, что клапан будет перемещаться со скоростью 50 она от максимальной ширина импульса стала? 50 То есть опять же название Шим широтная импульсная модуляция? Когда мы при постоянном периоде меняем ширину импульса, тем самым меняем количество энергии, которое подаем в систему количество энергии. Вот оно, которое подано на двигатель, оно равно ширине импульса, ну по сути площади.

8:40 Ну и так далее, то есть чем на входе этот блочок принимает аналоговый сигнал, который равен ширине импульса, а на выходе дает нам дискретный сигнал. Равный времени включения за период, то есть все достаточно просто, хотим больше, соответственно, можем даже вот так 100-то сделать. За период, а в следующий период, если мы с вами переборщили, можем опять вернуться там, к 10.% Вот такие вот. Простые технические решения нам, собственно, позволяют дискретной системы для системы включена, выключена менять.

9:34 Скорость перемещения, ну и фактически положение клапана будет меняться следующим образом. Если мы берем среднее интегральное за секунду, то вот. Она будет, ну, к примеру, меняться вот так вот, то есть вот скорость 20. ты за секунду было в следующую секунду, у нас скорость стала 50, мать потом скорость стала 100.% Потом опять медленно двигался. Ну, нехорошо нарисовал, медленно двигался, потом чуть чуть побыстрее, то есть. То есть вот фактически угол наклона прямой меняется, меняется средне интегральная скорость, но фактически, как вы прекрасно понимаете, клапан, то у нас перемещался только в момент времени, пока на него подавалась энергия, да?

10:31 То есть это получается примерно так реально, это скорость была? Ну, грубо говоря, еду. Синяя линия, да? Ничего не делаю. Опять еду с той же скоростью опять ничего не делаю, ну и так далее. То есть реальная мгновенная скорость неизменна? А как раз средняя интегральная за период она у нас меняется? В итоге для решения нашей задачки нам отличным образом помогает широтная импульсная модуляция. То есть блочок шим хорошо с 1 задачей, мы с вами разобрались, то есть мы теперь знаем как. Сделать из аналогового сигнала дискретный все классно на выходе регулятора аналоговый сигнал на выходе блока шим сигнал дискретный. Более того, вот в настройках можно его спарометрировать.

11:41 Мы можем с вами настроить диапазон, в каких пределах будет работать наш шим. Но в данном случае для него 0 это ширина импульса. 0 Ну и, собственно, 1000 это ширина импульсов. Ширина импульсов 100 ты, то здесь все опять же просто нет. У нас знаков после запятой 0 подали на выходе, 0 то есть выключено, подали 1000 это означает, что весь период.

12:13 Выход будет равен единичке, период настраивается вот все просто, точно также у генератора. Минуты, минуты, секунды, секунды, секунды, 100 доля секунды, соответственно, время минимальное время импульса минимальный период. Это 1800, то есть 10 миллиардекунд. Но опять же нужно понимать, что если у вас на выходе нет. Контроллера до дискретный выход релейный. То коммутировать релейный выход, то есть перемещать или менять положение электромагнитного реле с периодом в.

13:03 В 1 3100 секунды не очень хорошо по причине как раз быстродействия и по причине механической надежности системы, поэтому в принципе это. Возможно, но вы услышите приятный треск реле, которое не будет успевать коммутироваться, потому что у нас есть элементарный переходный процесс.

13:28 Соответственно, вот эти вот бешеные малые периоды у вас доступны только для твердотельных выходов для транзисторных выходов 1 ты100 секунды. До 10 Миллисекунд для обычных релейных выходов самых типовых не рекомендуется падать ниже значения 100 миллиардекунд, это означает 10 ты-100.

13:59 Более того, если мы возьмем с вами обычный регулирующий клапан с приводом типа МЭО. То этот обычный регулирующий клапан в принципе у вас не успеет раскрутиться за время меньше, чем 100 миллиардекунд. То есть, если вы на него подадите напряжение и снимете его через 100 миллиардекунд, то механика двигатель у вас не успеет выбрать люфты и. Собственно, фактически регулирующий клапан не переместиться, поэтому, как правило, в обычных задачках мы делаем минимальное время. Импульса искусственно его сдвигаем в 100 миллиардекунд. Ну и собственно, чтобы иметь какой то люфт, допустим, я период могу выставить.

14:47 20 200 Миллисекунд или 20% - 100 секунды. Вот это уже такое адекватное с точки зрения технологии, значение, которое более менее позволяет управлять реальным клапаном, регулирующим с приводом типа МЭО. Ну и обратите внимание, настройка диапазона тоже. Мы обычно используем положительные значения 0 0 она 1000, это 100, ты вполне себе физически и. Понятно, ну и понятно, как цепляться к регулятору соответственно. Исходя из обычной простой логике, мы с вами можем сделать вывод о том, что.

15:31 Для управления регулирующим клапаном нам необходимо иметь как минимум 2 этих блока, 2 блока широтной импульсной модуляции. Будет у нас работать на цепь открытия, то есть будет открывать клапан 2, собственно, будет работать на цепь закрытия, то есть закрывать клапан. Но еще 1 важный момент то, что мы с вами обсуждали. В этот момент связан со структурой регулятора. Еще раз напоминаю вам, что, как правило, как правило, у нас клапан. Это интегрирующий исполнительный механизм, что это означает, это означает ровно следующее.

16:32 Клапан сам является интегратором, следовательно, интегратор внутри регулятора нам особо не нужен. Потому как наш клапанок сам останется в том же самом положении, где он и был. Ну и фактически если вы хотите, то интегратор можно отключить. Сняв вот эту галочку, ну ну. Интегратор, он как бы останется здесь, видно в окошке, что просто постоянное времени интегрирования станет 99 минут 59 секунд. То есть, по сути, 100 секунд больше быть не может?

17:13 То есть он будет работать, но будет работать очень, очень медленно, ну и давайте посмотрим, что произойдет. Да, кстати, вход блока Шин, а Икс это аналоговый сигнал. Это скважина Симпульса или ширина импульса вход е Эн. Это вход н и был, это вход, разрешение. То есть разрешение работы С. Блоком шим, если вход и ней был равен, 0 выход тоже будет равен. 0 Ну, собственно, давайте его разрешим всегда пока. То есть я просто на вход повесил инверсию, там на входе всегда будет единичка, ну.

17:56 Ну и соответственно, раз я интегратор отключил в принципе, то вот эту цепочку с ресетом я могу выключить. Она мне фактически не нужна, ну и, собственно, выполним симуляцию. Как вы видите, мы включили систему в балансе, то есть рассогласование равно 0 никто не работает. Давайте ее разбалансируем. С нашим коэффициентом усиления, 50 что мы с вами видим, ну видим совершенно простую картину. Выход равен 50 раз коэффициент усиления 50 и на шим на оба блока Шим приходит значение. 50 Они оба работают, сейчас оба моргают. Это означает, но фактически 50 от 10.00 это 5.% 5 ты включенного состояния.

19:01 Если мы с вами рассматриваем минимальное время импульса и рассматриваем период в 200 миллисекунд, то соответственно 5% или от 200% миллиардекунд. Это, как вы понимаете, 10 Миллисекунд, то есть у нас в принципе привод даже не успеет раскрутиться. Ну и в этой конфигурации у нас есть 2 основные проблемы. Во 1 слишком маленькая ширина импульса, причем раз согласование это нормальная, да 200 ой простите 50.

19:39 1 Проблема слишком маленькая ширина импульса, 2 проблема. Это то, что оба блока Шим работают одновременно, что делать с шириной импульса, ну все просто. Мы с вами можем взять и увеличить коэффициент усиления. Ну, допустим, сделаем его 5 или даже 10 давайте и запустим. Запустим симуляцию, обратите внимание, вот все стало неплохо. При рассогласовании 50 мы с вами имеем выход регулятора 500. Фактически это 50 и в нашем случае уже клапан начнет перемещаться.

20:28 То есть двигаться, реально перемещаться, работать? Собственно, вот в этот кусок. Однако проблема 2 осталась, то есть, несмотря на то, что мы задрали вверх коэффициент усиления. Проблема наша осталась, проблема состоит в том, что. Нам по прежнему необходимо. Каким либо образом распределять? Направление движения в зависимости от знака рассогласования. Сейчас мы с вами знак рассогласования не видим, то есть регулятор фактически от нас скрывает, в какую сторону он хотел бы двигаться. Он нам просто говорит 500 попугаев и поехали.

21:30 Далее, да, нам необходимо использовать компаратор. Даже фактически не компаратор можно сделать несколько проще, то есть. Раз мы интегратор отключили в этом регуляторе для нашего исполнительного механизма. Да, нам не нужно что то насчитывать, то можно сделать очень просто. Можно его взять вот так, вот и выбросить. Казалось бы, о ужас, что произошло. Да, но что такое п регулятор мы с вами уже обсуждали это фактический усилитель? Мы его с вами можем заменить на блок усиления, вот он аналог амплифер, аналоговый усилитель и работать с ним все просто.

22:32 И забегая вперед, я вам скажу, что нам необходим не 1 блок усиления, а сразу 2. Так удобнее, потому что 1 будет работать на положительную цепочку, 2 будет работать на отрицательную цепочку. Собственно, а Икс это величина входа в Гаин коэффициент усиления. Так нет, я вас обманул наглым образом амплифер. У нас работает с входами, в основном он под них заточен, и нам он будет не очень удобен. Он будет насыщаться, поэтому, пожалуй, мы сделаем следующее.

23:19 Мы с вами в нашей задачке. Можем ли использовать либо вот 1 вариант, это аналоговый мультиплексор? Ну, Мукс, да мультиплекс, блок перемножающий сигналы. Если вы откроете на него справочку. Кто фактически в хелпе? Так нет, прошу прощения, в очередной раз я вас. Ввел в заблуждение это, по сути, переключатель. Ну, значит, сделаем самый старый добрый вариант с использованием блока математических инструкций. Вот он математик, инстракшн, вот беспроигрышный вариант блок математики. Ну, пидорегулятор, это тоже математика, да поэтому все просто.

24:29 Берем блок математических операций, и из него мы можем сделать все, что хотим. Точно так же этих блочков может быть несколько. Но в данном случае их может быть 2 и давайте попробуем построить наш регулятор с использованием. Вот этих вот чудесных блочков математики. Табличка под блоком, собственно, позволяет нам настраивать параметры вход, и ней был. Как вы уже знаете, он у нас включает либо отключает блок. И в принципе, как было правильно сказано, мы можем использовать компаратор.

25:20 Аналоговый компаратор. Но опять же не 1 аналоговый компаратор, а фактически нам нужно 2 компаратора. Ну и цепочка включения у нас может быть следующее. Сейчас поясню, почему 2 то есть вот компарата раз включает свою цепочку. И вот компаратор 2. Раз 2 1 компаратор совершенно верно будет работать на положительное рассогласование. 2 Компаратор будет обрабатывать отрицательное рассогласование. И далее мы это раз согласование с вами будем умножать на некоторые коэффициенты усиления. Пока вход автомат, мы с вами оставим и.

26:21 Для того чтобы более красиво реализовать систему. Итак, само рассогласование давайте для простоты моделирования. Мы сделаем искусственный еще 1 вход, а и 2. А и 2 его на самом деле нет, но я его назову СП. Мне так удобнее изменять задание. Соответственно, ПВ, это сам технологический параметр. Вот они 2 входа. Ну, как я уже сказал, нехорошо, когда они в воздухе висят. Да, поэтому в принципе неплохо бы их вот так вот флагами заткнуть аналоговыми, чтобы система нам не выдавала ошибку.

27:16 Что мы с вами делаем дальше? Мы с вами делаем все достаточно просто так, давайте их поменяем местами для того, чтобы у меня верхняя цепочка работала по положительной веткой, то есть работала на открытие. Ну и, собственно, блок компаратора выдает нам единичку, когда значение, а Икс ты, а и Глик. Есть величина большая, чем значение срабатывания. И вот он, он когда разность больше и ОВ, соответственно, когда разность меньше. Здесь еще 1 важный момент, чем нам крайне удобен. Компаратор компаратор, в том числе, позволяет нам ввести зону нечувствительности, то есть это, то область регулирования. В которой регулятор ничего не будет делать, даже если рассогласование равно 0. Ну, допустим, для нашей абстрактной задачи регулирование уровня в баке, к примеру, да?

28:32 Уровень в миллиметрах, то есть пусть будет задание 250 мм. Для данного задания мы вполне себе можем допустить зону не чувствительности в + ты 10 мм, то есть это не приведет, к чему то фатальному соответственно. У нас. Компаратор. Открытие. Должен срабатывать в том случае, когда разность у нас, например, больше 10. Как только разность стала меньше, 10 он должен отключаться, все просто. Вот компаратор. Далее 2 компаратор работает, наоборот, напоминаю. Да, этот компаратор у нас с вами работает по отрицательной части соответственно для того, чтобы у него все было хорошо.

29:42 Мы с вами ему должны поменять входы местами, а игры. Это у нас станет СП, это совершенно искусственно делается для того, чтобы математика работала корректнее. Так что так? Так он мне не даст переместиться. Так еще хуже, ну вот пусть будет вот так вот. Итак а игрик у нас это сп а икс это пв то есть пв - сп должно быть опять же. Больше 10 если в обратную сторону, то. Меньше 10 совершенно искусственно причина простая, да? Мы, конечно, можем сделать точно также. - Но здесь какая загвоздка может возникнуть просто банально. Забываем, что такое операция с отрицательными числами, да то, что ты 10 это. Больше, чем она 20 и так далее, поэтому вот как раз чтобы не путаться. Я просто опять же ушел в положительные числа и поменял входы местами.

31:07 И так у нас теперь известно направление действия. А а давайте протестируем, опять же вот этот наш промежуточный вариант. Сейчас обратите внимание, задание, давайте я его выставлю и так. Аи 2 у меня пусть будет, 250 как и было. Меня равно 200 раз согласование сейчас + 50 и обратите внимание, верхняя цепочка работает цепочка открытия. Если я раз согласование сделаю, давайте так вот 239 согласование. У меня сейчас 11 она по прежнему работает, да и.

31:59 Ввел систему в баланс зона нечувствительности. У меня + 3 10 все верхняя цепочка перестала работать, то есть опять же. Смотрите, мы наизнанку вывернули регулятор, то есть вот эта. Вот оболочку из него разорвали и посмотрели, что у него там внутри для того, чтобы лучше понимать, как он работает. Ну и давайте точно так же сделаем отрицательный раз согласование.

32:28 Обратите внимание, вот она, ты 10 сейчас вот его хорошо видно, да и вот сработала нижняя цепочка цепочка за. Все корректно все функционирует, теперь мы знаем направление, осталось разобраться вот с этими пропорциональными звеньями и. И все будет классно. Итак, продолжаем трансформировать наш алгоритм. Итак, с чем будет работать наш блок математики? Да, все очень просто, фактически он должен у нас вычислять величину раз согласования, но она у нас уже есть, она у нас вот здесь прячется, вот. Он выход видите, да, а Икс ты, Игрик, равно ты 11 здесь. Соответственно, что мы можем сделать, мы можем взять и вот так вот протянуть линию просто.

33:38 То есть подсунуть блоку математики параметру п 1 значение рассогласования 1 компаратора? Все вот она виртуальная связь появилась со 2 компаратором, все точно так же. Подсовываем значению п 1. Подсунули. Прощения дальше настраиваем, что делать с этим параметром. Видите, у нас появилась ссылочка на блок, то есть параметр в 1 это рассогласование с блока Б. 17 Дальше мы его должны с вами масштабировать, то есть передать. На пропорциональное звено пропорциональное звено, что это такое, это просто умножение. Давайте выберем умножение и умножим эту величину на некоторый коэффициент усиления. Что мы там с вами десятку выбирали и?

34:42 Умножил. Ну и фактически сейчас я специально передвину. Вот это вот здесь видна формула. То есть фактически блок математики б 13 будет делать следующее. Он будет брать значение с блока б 17 и умножать его на коэффициент 10. С нижним блочком все точно так же. Умножение на коэффициент, собственно, тот же самый все. Смотрим, что у нас получилось. То есть обратите внимание сейчас, раз согласование 118. Вот хорошо видно, да и работает нижняя часть. Блока.

35:49 С скважностью, но в данном случае так не самый хороший 10 или 11, вот он помаргивает. Почему не самое хорошее, я вам уже говорил, что для цикла 200 миллиардекунд оптимальным значением скважности является 100 миллиардекунд, то есть 50.% Эти 50 ты у меня будут только в том случае, я, если я сильно завалю задание, в данном случае видите, я его завалил фактически на. 20% - не диапазона регулирование-это очень много, мы обычно так не работаем. И только в этом случае у меня регулятор начал работать корректно, точно так же в обратную сторону.

36:45 То есть верхняя цепочка, вот она отработала корректно со скважностью 50, она, то есть минимальная длина импульса 100. Миллисекунд, но опять же я сильно завалил уровень. Продолжать увеличивать коэффициент усиления не очень продуктивно. Почему, ну потому что это не совсем правильно? Нам нужно с вами сделать искусственную сдвижку, то есть минимальную длительность импульса, как это сделать, ну тоже все очень просто. Линия ломаться не хочет. Все очень просто.

37:32 У нас опять же есть чудесный блок математики, напоминаю вам. Мы можем взять просто искусственно сдвинуть вот это значение на необходимую величину, допустим, на 500. Пожалуйста, то есть + 500 я добавил у нижнего бочка все точно так же + 500. То есть в этом случае, как только возникло у меня, сразу же будет значение на выходе 500. Ну, сейчас еще раз повторюсь, я сильно завалил процесс. Давайте я введу его в баланс, видите, все хорошо, никуда мы не движемся, ну и начну.

38:20 Портить процесс, вот обратите внимание. Уровень в баке больше заданного мигает, работает цепь закрытия, причем эта цепь закрытия уже на входе сразу же имеет значение 610. То есть, 500 который я добавил искусственно и. Собственно, 110 это то, что насчиталось по коэффициенту усиления. Если становится еще хуже, то то соответственно вот. И если мы завалим уровень, как это было в прошлый раз на 50 мм, она будет закрываться непрерывно. Аналогичным образом в обратную сторону.

39:09 Провалил значение. Сразу же минимальная длина импульса 610 и точно так же завалил, на 50 все возникло насыщение. Но обратите внимание, какой негативный эффект возник. Если у меня уровень больше, чем точнее, как раз согласование больше, чем максимальная. В данном случае видите 150 раз согласование, обратите внимание. Шим отключился, почему он отключился. Причина простая, у него на вход приходит. 2000 Он не знает, как это интерпретировать, он понимает только значение.

40:01 Максимальная, да что с ним делать, он знает? Если значение больше, 1000 он теряется в этом случае, соответственно, начинает работать некорректно, то есть, по сути, в этом. случае регулятор вас снимается с автомата, вы? Он ничего не может сделать в этом случае раз. Согласование очень большое, и все его действия могут быть некорректны.

40:31 То есть здесь, соответственно, нам опять же для реализации более реальной задачи придется искусственно. Модифицировать вот этот вот кусок, который как раз относится к работе шим. Ну что, здесь можно модифицировать, это фактически вот? Диапазон. Но опять же, исходя из этого, поменяется ширина импульса и так далее, то есть проще сработать изменением коэффициента усиления. Ограничив его максимальное значение, то есть вот по сути вся изнанка. Пропорционального регулятора, то есть здесь без интегрирования до.

41:20 Которую, собственно, мы и используем для решения. Задач простых задач регулирования с использованием Сименс Лог.

Расшифровка сделана автоматически (Yandex SpeechKit) и может содержать ошибки в терминах.