Simulación de controlador de temperatura PID

Busqué artículos sobre este recurso sobre el tema de los controladores PID. Muchos articulos. Y con una explicación de los principios de funcionamiento de dichos reguladores. Y con algoritmos para seleccionar parámetros. Y con implementación en piezas específicas de hierro y programas. No vi una cosa: simular controladores PID en los modelos para que el usuario, sin usar sin ninguna plancha, pudiera "sentir" el funcionamiento del controlador PID.

Para hacer esto, se creó un modelo de estera de un elemento calefactor con un sensor de temperatura y un controlador PID (por supuesto, con un montón de simplificaciones, pero sin comprometer el realismo). Esto se implementa en Excel normal. Para que cualquier usuario pueda "torcer" los parámetros virtuales por sí mismo y ver qué sucede. En realidad, hice este modelo a su debido tiempo solo para "tocar" el proceso de control PID con mis propias manos.

El modelo en sí tiene los siguientes parámetros:

• Kf inercia del cuerpo calentado (masa, latidos. Calor específico, aislamiento)
• Temperatura ambiente °
• Temperatura corporal inicial ° C

El controlador PID tiene los siguientes parámetros:

• Temperatura objetivo ° C
• Coeff impacto proporcional
• Coeff exposición diferencial
• Coeff impacto integral
• Valor máximo de la acción de control.
• Ganancia total (si es 0, entonces el regulador y el calentador no funcionan)

Además muchas fotos.

1. Primero apague el control PID y asegúrese de que el modelo sea adecuado.

Establecemos la temperatura del cuerpo y el medio ambiente iguales y nos aseguramos en el gráfico de que la temperatura sea estable:



ahora establecemos la temperatura corporal por encima de la temperatura ambiente, el gráfico se reorganiza y vemos que la temperatura corporal se acerca exponencialmente a la temperatura ambiente.



Lo mismo, pero ahora la temperatura corporal está por debajo de la temperatura ambiente.



Disminuimos el coeficiente de inercia, y vemos que la temperatura corporal tiende al ambiente más rápido.



Aumentamos el coeficiente de inercia, y vemos que la temperatura corporal tiende al ambiente más lentamente.



Ahora encienda la calefacción (¡pero no el controlador PID!). Para hacer esto, en la columna de control "encienda" 2 veces "calefacción" - de 0 a 2 unidades de tiempo para "potencia" = 20, y de 11 a 12 unidades de tiempo para "potencia" = 10. En el gráfico, observamos una reacción adecuada.



Ahora "activamos" el "calentamiento" constante a "potencia" 10. Vemos que la temperatura corporal aumenta, pero hasta cierto límite: "potencia" no es suficiente.



2. Ahora "encienda" el controlador PID y vea cómo regulará la temperatura.

Ajuste la temperatura objetivo a 100 ° C y Kp = 1, Kd = 1, Ki = 0.1.



Aumente Ki a 1, y vea que esto no es del todo útil en este caso.



Ahora eliminamos el componente integral Ki y vemos - ahora el ajuste no alcanza los 100 grados - hay poca "potencia" sin el componente integral.



Aumentemos K y / o Kp: ahora la "potencia" era suficiente, pero sin el componente integral surgieron oscilaciones de alta frecuencia.



Bueno y así sucesivamente.

Enlace al archivo. A quién le importa, jugar.