ПИД-регулятор температуры, знаете ли вы, как его создать?

ПИД-регулятор или контроллер с пропорциональной интегральной производной (ПИД) находит применение для управления давлением, расходом, другими параметрами процесса и, в большей степени, температурой. Цель пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора состоит в том, чтобы заставить обратную связь соответствовать определенному заданному значению на основе настройки температуры. ПИД-регуляторы температуры в основном находят широкое применение в системах, которые быстро реагируют на изменения процесса, связанные с добавлением энергии. Это очень полезно в системах с постоянными изменениями нагрузки и имеет небольшую массу.

Короче говоря, ПИД-регулятор — это устройство, которое смотрит на заданное значение и впоследствии преобразует температуру в желаемое заданное значение. Итак, как настроить ПИД-регулятор температуры? Каким инструментам, шагам и мерам предосторожности вы должны следовать? В статье делается попытка обсудить почти все, что связано с ПИД-регулятором температуры, от настройки до инструментов, необходимых для выполнения, и это лишь некоторые из них.

Принцип работы ПИД-регулятора температуры

Чтобы четко понять принцип работы ПИД-регулятора температуры, вам может потребоваться внимательно посмотреть на диаграмму ниже.

Итак, что здесь происходит? Уставка (SP) — это желаемое значение, которое должен обеспечить весь процесс. Предположим, что система контроля температуры в вашем доме настроена на 22 °C;

Поэтому, если вы хотите, чтобы весь процесс создавал постоянную температуру, близкую к 22°C или что-то очень близкое к этому. Это момент, когда в дело вступает ПИД-регулятор температуры. ПИД-регулятор учитывает заданное значение, а затем сравнивает его с реальным значением переменной процесса (PV).

Вернувшись в ваш дом, ПИД-регулятор затем смотрит на текущее значение комнатной температуры и видит, насколько оно близко или далеко от 22°C. Если уставка (SP) и переменная процесса (PV) совпадают, то ваш контроллер не должен ничего делать как таковой. Но если между двумя значениями есть несоответствие, это означает, что есть ошибка, которая требует исправления.

В вашем доме ошибка, требующая исправления, может быть связана с охлаждением или обогревом, и это зависит от того, выше или ниже значение PV, чем SP. Если температура низкая, датчик улавливает более низкую температуру и передает ее на контроллер. Затем контроллер видит «ошибку температуры» и пытается исправить ее или преобразовать в нужный диапазон. Если возмущение (повышение/понижение температуры) снова возникает в системе, контроллер снова срабатывает. Это так просто.

Настройка необходимых инструментов и материалов PID

Планируете самостоятельно настроить ПИД-регулятор температуры? Если это так, то есть некоторые инструменты и материалы, которые вы должны иметь. Используя неправильные или некачественные инструменты и материалы, будьте уверены, что ПИД-регулятор температуры будет иметь неприятные функциональные возможности. Для создания ПИД-регулятора температуры, который преобразует или устанавливает температуру в соответствии с желаемой уставкой, необходимы правильные инструменты и типы оборудования.

Ниже перечислены инструменты, которые вам потребуются, если вы хотите самостоятельно настроить ПИД-регулятор температуры:

• Паяльник, пинцет и проволока для припоя.
• Фрезерный станок
• Лазерный резак
• USB-кабель FTDI TTL-232
• Мультиметр (вольтметр и омметр)

Первый шаг к тому, чтобы иметь ПИД-регулятор температуры, — убедиться, что все вышеперечисленные инструменты находятся в вашем распоряжении.

·Материалы

Помимо инструментов, вам также потребуется следующая комбинация материалов:

• Односторонняя бакелитовая медная пластина (хорошо использовать 60*35 мм)
• Микроконтроллер Attiny 45
• Твердотельное реле
• Диоды 1N4004
• Лак для ногтей
• Конденсаторы (желательно SMT 0603 Adafruit book)
• трансформатор переменного/постоянного тока (предпочтительно 230–9 В)
• Транзистор
• Операционный усилитель
• Регулятор напряжения

Программирование контроллера

Программирование ПИД-регулятора температуры с единственной целью обеспечения его выполнения – несложный процесс как таковой. Все, что вам нужно, это правильное программное обеспечение, и все готово. Существует множество программных пакетов, на которые можно положиться, хотя PID-тюнер кажется лучшим.

На это есть несколько причин. Например, программное обеспечение PID Tuner упрощает процесс включения нескольких отдельных контуров за счет уменьшения колебаний и увеличения полосы пропускания.

Программное обеспечение также позволяет достичь желаемых требований к дизайну и производительности, будучи бесплатным. PID Tuner надежен, прост и обеспечивает превосходную производительность в широком диапазоне условий эксплуатации.

Помимо программного обеспечения PID Tuner, можно также использовать программное обеспечение IJ-6. Этот тип программного обеспечения обеспечивает безопасный мониторинг и управление широким диапазоном температур с большой легкостью.

Как настроить требуемое значение PID

Тюнинг — это процесс изменения температуры до требуемой величины (с). К сожалению, настройка ПИД-регулятора температуры кажется несколько сложной задачей, зная, с чего начать и в каком направлении двигаться. Существует три основных метода настройки ПИД-регулятора температуры. Они включают ручную настройку, автоматическую настройку и эвристику настройки, как описано ниже:

·Ручная настройка

Ручная настройка становится достижимой, если установить время сброса на максимальное значение, при этом скорость остается равной нулю. После этого усиление нужно увеличить до уровня, при котором петля начинает колебаться со стабильной амплитудой. Исправьте любое смещение, преимущество PID должно быть установлено на половину значения сброса при настройке времени.

·Автонастройка

Здесь ПИД-регулятор обычно «узнает», как реагировать на любые изменения или возмущения в точных настройках ПИД-регулятора. Когда кто-то выбирает функцию «Автонастройка», контроллер немедленно запускает выход. Важно отметить, что для успешной автоматической настройки контроллеру требуется уставка 10 градусов или выше.

·Настройка эвристики

Эвристика настройки, также известная как метод Циглера-Николса, представляет собой еще один метод настройки ПИД-регулятора. Для этого нужно задать интегральное значение I и производная D прибыль до нуля. Пропорциональное усиление P затем медленно увеличивается, пока не достигнет так называемого максимального усиления K_u .

На что нужно обратить внимание

Когда дело доходит до ПИД-регуляторов температуры, есть несколько вещей, на которые нужно всегда обращать пристальное внимание. Среди прочего, безопасность и меры предосторожности имеют наибольшее значение. Вы должны убедиться, что вы принимаете конкретные меры предосторожности, чтобы не подвергать опасности свою жизнь или жизнь близких. Во-первых, если вы не знаете, как установить только что приобретенный ПИД-регулятор температуры, вам лучше обратиться к услугам профессионала.

Кроме того, важно убедиться, что вы подключаете контроллер температуры в соответствии с указаниями руководства. Кроме того, убедитесь, что токопроводящее загрязнение исключено из места, где должен находиться контроллер. Наконец, убедитесь, что основные части контроллера полностью закрыты.

Области применения ПИД-регуляторов температуры

ПИД-регуляторы температуры находят применение в нескольких приложениях, о которых стоит упомянуть. Несмотря на то, что ПИД-регулирование борется с шумом, тем не менее, оно необходимо во многих областях. Миллионы домов, автомобилей и предприятий по всему миру полагаются на ПИД-регуляторы температуры. Однако они находят широкое применение в промышленном секторе.

Вот некоторые из повседневных промышленных применений пропорционально-интегрально-дифференциальных (ПИД) регуляторов температуры.

• Контроль температуры печи – большинство печей содержат огромное количество сырья при высоких температурах. Независимо от тепла, температура материала не меняется быстро. Однако производный термин исправляет ошибку, используя устойчивый сигнал PV.

• Контроль температуры партии – здесь работа осуществляется в закрытой системе, где температура может подняться до нежелательного уровня. ПИД-регулятор температуры необходим, чтобы держать все под контролем.

• Нейтрализация pH-контроль – многие отрасли промышленности рассматривают pH как серьезную проблему. Например, временами они имеют тенденцию быть нелинейными, и с этим аспектом сталкиваются многие предприятия. Здесь на помощь приходит ПИД-регулятор температуры. ПИД-регулятор температуры эффективно нейтрализует рН, чтобы взять его под контроль

Обзор

Как следует из названия, ПИД-регулятор температуры — это устройство, используемое для контроля температуры. Он состоит из датчика, принимающего входные данные, и, с другой стороны, выходного сигнала, подключенного к элементу/устройству, такому как обогреватель или вентилятор. ПИД-регуляторы температуры используются в домах, автомобилях и офисах. Однако они находят широкое применение в приложениях промышленного контроля. Настройка необходима для достижения желаемого уровня температуры. К счастью, существует более одного способа настройки этих устройств, которые могут использовать пользователи. Более того, есть несколько программных платформ, на которые можно положиться, чтобы запрограммировать ПИД-регулятор температуры для работы по желанию. При настройке ПИД-регулятора температуры очень важно учитывать конкретные профилактические меры. Принимая такие меры предосторожности, вы обеспечите свою безопасность и долговечность вашего терморегулятора.