Simulação do controlador de temperatura PID

Procurei artigos sobre este recurso no tópico de controladores PID. Muitos artigos. E com uma explicação dos princípios de operação de tais reguladores. E com algoritmos para selecionar parâmetros. E com implementação em peças específicas de ferro e programas. Não vi nada: simular controladores PID em modelos para que o usuário, sem usar sem ferro, pudesse "sentir" a operação do controlador PID.

Para fazer isso, foi criado um modelo de tapete de um elemento de aquecimento com um sensor de temperatura e um controlador PID (é claro, com várias simplificações, mas sem sacrificar o realismo). Isso é implementado no Excel regular. Para que qualquer usuário possa "torcer" ele próprio os parâmetros virtuais e ver o que vem dele. Na verdade, eu fiz esse modelo no meu tempo apenas para "tocar" o processo de controle PID com minhas próprias mãos.

O modelo em si possui os seguintes parâmetros:

• Kf inércia do corpo aquecido (massa, batimentos. Calor específico, isolamento)
• Temperatura ambiente °
• Temperatura corporal inicial ° C

O controlador PID possui os seguintes parâmetros:

• Temperatura alvo ° C
• Coeff. impacto proporcional
• Coeff. exposição diferencial
• Coeff. impacto integral
• Valor máximo da ação de controle
• Ganho total (se 0, então o regulador e o aquecedor não funcionam)

Mais muitas fotos.

1. Primeiro desligue o controle PID e verifique se o modelo é adequado.

Definimos a temperatura do corpo e do ambiente iguais e garantimos no gráfico que a temperatura é estável:



agora, definimos a temperatura do corpo acima da temperatura ambiente, o gráfico é reorganizado e vemos que a temperatura do corpo se aproxima exponencialmente da temperatura ambiente.



A mesma coisa, mas agora a temperatura do corpo está abaixo da temperatura ambiente.



Diminuímos o coeficiente de inércia e vemos que a temperatura corporal tende ao ambiente mais rapidamente.



Aumentamos o coeficiente de inércia e vemos que a temperatura corporal tende ao ambiente mais lentamente.



Agora ligue o aquecimento (mas não o controlador PID!). Para fazer isso, na coluna de controle “ligue” 2 vezes “aquecimento” - de 0 a 2 unidades de tempo para “energia” = 20 e de 11 a 12 unidades de tempo para “energia” = 10. No gráfico, observamos uma reação adequada.



Agora, "ligamos" o constante "aquecimento" para "energia" 10. Vemos que a temperatura do corpo aumenta, mas até um certo limite - "energia" não é suficiente.



2. Agora "ligue" o controlador PID e veja como ele irá regular a temperatura.

Defina a temperatura alvo como 100 ° C e Kp = 1, Kd = 1, Ki = 0,1



Aumente Ki para 1 e verifique se isso não é totalmente útil nesse caso.



Agora removemos o componente integral Ki e vemos - agora o ajuste não chega a 100 graus - há pouca "potência" sem o componente integral.



Vamos aumentar K e / ou Kp - agora a "potência" era suficiente, mas sem o componente integral surgiram oscilações de alta frequência.



Bem e assim por diante.

Link para o arquivo. Quem se importa - brinque.