ПИД-регулятор – самый точный
Автоматические регуляторы бывают разными и по принципу устройства, и по алгоритму действия. Общее у них одно – все они реализуют обратную связь.
Наиболее распространенным видом является двухпозиционный. Это самое простое и самое дешевое устройство для поддержания нужного параметра в заданном диапазоне. Примеров таких систем можно назвать множество, они применяются и в производственной, и в бытовой технике. Утюг, электронагреватель – конвектор, АГВ и даже унитазный бачок – вот те устройства, в которых применена простейшая двухпозиционная схема, принцип которой заключается в том, что регулирующий орган (РО) находится либо в одном крайнем положении, либо в другом. Недостаток такого способа управления выходным параметром состоит в низкой точности регулирования.
Более сложны пропорциональные регуляторы. Они вырабатывают сигнал для положения регулирующего органа в зависимости от того, насколько повысилось или понизилось значение регулируемого параметра. Положений РО уже не два, он может находиться в любых промежуточных точках. Принцип работы: чем больше выходной параметр отклоняется от заданного значения, тем сильнее меняется положение регулируемого органа. Недостаток – наличие статической ошибки, то есть стабильного отклонения от заданного значения выходного параметра.
Для устранения этой погрешности применяют интегральное регулирование. В результате появились пропорционально-интегральные (ПИ) регуляторы. Их недостатком стала неспособность учитывать инерционность регулируемой системы, ее запаздывание по отношению к управляющему воздействию. К тому моменту, когда регулятор отреагирует на возмущение системы, вполне возможно, что нужно уже совершенно противоположное воздействие, и отрицательная обратная связь может превратиться в положительную, что крайне нежелательно.
Самым совершенным является ПИД-регулятор. Он учитывает дифференциальную составляющую разгонной характеристики регулируемого параметра, то есть скорость его изменения в результате ступенеобразного изменения положения РО. Настройка ПИД-регулятора более сложна, ей предшествует снятие разгонной характеристики, определение таких параметров объекта, как время запаздывания и постоянная времени. К тому же настраиваются все три составляющие. ПИД-регулятор обеспечивает эффективную стабилизацию выходного параметра без статической ошибки. При этом он исключает паразитную генерацию.
ПИД-регулятор может быть выполнен на различной элементной базе. Если основой его схемы служит микропроцессор, его чаще всего называют контроллером. Точность поддержания параметра рассчитывается по принципу разумной достаточности.
Бывает, что технологические требования по поддержанию какого-то из параметров настолько жесткие, что применить можно только ПИД-регулятор. Примером может служить микробиологическое производство, в котором тепловой режим определяет качество продукции. В этом случае ПИД-регулятор температуры будет поддерживать микроклимат с точностью до 0,1 градуса и менее, если, конечно, будут правильно смонтированы датчики и рассчитаны настройки.