Пид Регулятор Температуры На Atmega
Собственно нужно держать температуру нагрева как можно точнее, ровнее. Хотелось бы сделать ПИД регулятор. Подскажите формулу для ПИД-регулятора на МК.
Датчик температуры DS18B20. ПИД-регулятор на Arduino. Автонастройка ПИД-регулятора.
Постановка задачи Нужно держать температуру на заданном. В лоб» ПИД-регулятор. PID регулятор температуры. Советую опробовать пид регулятор. Arduino ArduinoISP Arduino Pro Mini atmega. Использование ПИД. Чтобы автоматически поддерживать дома комфортную температуру.
При выходе на режим температура плавает на пару градусов, но мне этого. Регулятор для паяльника на Atmega. Радиолюбительство — мое хобби, поэтому постоянного рабочего места нет.
Обычно приходится каждый раз доставать все причендалы из шкафа, раскладывать на столе или на полу, затем каждый раз убирать. Принципиальная схема Паяльная станция на микроконтроллере (Цифровой ПИД регулятор температуры). ПИД часть 1. Коэффициентом Кр? Или ток будет задавать источник питания нагревателя, а регулятор его просто контролирует? Информация для тех, кто хочет поисследовать ПИД регулятор. Как получается ПИД-регулятор?
Берём разницу между текущей температурой и нужной, умножаем на настраиваемый коэффициент,. Появилась необходимость создать ПИД регулятор для охладителя.
DS18B20 один для измерения температуры объекта управления,. От классического ПИД отказался, сделал некое его подобие, цель. 13 июля 2015 в 12:52 Автоматический регулятор температуры. Розетка при этом в зоне работы обычно одна, сделать удлинтель все время лень, да его тоже нужно где- то хранить. А с одной розеткой напрягает проведя тест устройства питающегося от розетки, потом снова ждать минут 5 пока разогреется паяльник. Почитав интернет решил что мне нужна паяльная станция, но тратить 5- 1.
Решение — самодельная пальная станция. Стабилизатор питания и полевик установил лежа. Устройство питается от 5 вольт и как оказалось 7.
Плату делал ЛУТом, получилось почти идеально: До протравки: И после сборки: Готовый регулятор в сборе выглядит на мой взгляд даже симпатично. Если разъем для программатора не устанавливать, то плата без единой перемычки.
Как видим и деталей минимум, даже резисторов по минимуму, только на общие выводы индикатора. Индикатор красный с большими цифрами, управление энкодером (валкодером). Первое включение: От классического ПИД отказался, сделал некое его подобие, цель — минимальное время нагрева. Если нажать вал энкодера и подержать 3 секунды можно настроить режим отображения, шаг настройки и корректировку температуры (термопары все разные). Снял видео на телефон, качество не очень, но принцип работы понятен.
ПИД- регулятор своими руками / Хабрахабр. Постановка задачи. Нужно держать температуру на заданном неком уровне и менять задание.
Есть микроконтроллер, к которому прицеплены измеритель температуры, и симистор для управления мощностью. Не будем греть голову на ТАУ, ни разностными схемами, просто возьмём и сделаем «в лоб» ПИД- регулятор. Теоретическая вводная. Как получается ПИД- регулятор? Берём разницу между текущей температурой и нужной, умножаем на настраиваемый коэффициент, получаем мощность, которую надо выдать в данный момент. Это пропорциональная составляющая, она работает в момент появления рассогласования — то есть моментально откликается как на изменение уставки, так и на поведение объекта. Начал подогреваться?
Мощность начинает спадать. Выключилось, или даже дали сигнал охлаждения. Всё хорошо, вот только в реальной жизни эффект от воздействия проявляется с запаздыванием, а на объект воздействуем не только мы, но еще и окружающая среда: разогретый реактор не только внутри горячий, но еще и остывает, отдавая тепло комнате, а потому как только выключаем мощность, он сразу начинает остывать. Поэтому чистый пропорциональный регулятор колеблется вокруг точки поддержания, и тем сильнее колеблется, чем выше воздействие окружающей среды / содержимого реактора. Чтобы компенсировать «внешние» воздействия на реактор, в цепь добавляют интегральную составляющую. Всё рассогласование, которое было в системе, идёт на интегратор (соответственно, как только мы перегрели — сумма уменьшается, пока недогрето — сумма увеличивается). И накопленный интеграл, со своим коэффициентом, даёт свою прибавку- убавку к мощности.
В результате такого подхода, при стационарном процессе, через некоторое время интеграл подбирает такой вклад в сумму с мощностью, который компенсирует потери окружающей среды, и колебания исчезают — интеграл становится стабильным, поэтому величина выдаваемой мощности становится постоянной. Причем так как при этом держится нужная температура, рассогласование отсутствует, пропорциональная составляющая не работает вообще.
Для компенсации влияния задержек между воздействием и реакцией системы, в систему добавляют дифференциальную составляющую. Просто пропорциональный регулятор даёт мощность всё время, пока температура не достигнет нужной точки, пропорционально- дифференциальный начинает снижать подаваемую мощность раньше, чем догрелся до нужной точки — так как рассогласование уменьшается, имеется наличие отрицательной производной, уменьшающей воздействие. Это позволяет минимизировать перегрев при больших переходах. Итак, с физическим смыслом разобрались, перейдём к основым вопросам реализации.
Кому пользоваться регулятором? Из этого следует, что техники понимают физическую составляющую, и имеют опыт настройки аппаратных пид регуляторов. А значит, программная реализация должна исходить из удобства настройки техниками — повторяя физическую модель. И это крайне важно! Очень часто в угоду упрощения кода коэффициенты меняют, например, на обратные — чтобы избавиться от деления. В результате, настройка превращается в ад и кошмар, и требуется опыт настройки данного конкретного регулятора, вместо понимания процесса. Отсюда получаем, что наши коэффициенты — постоянная интегрирования и постоянная дифференцирования — должны иметь размерность времени, то есть задаваться в секундах, а никак не в «1/с», как это любят делать.
Область функционирования. Значит, следует исходить из того, что регулируемая температура ограничена в общем- то измерителем. Наиболее часто используемые — ХА(K) и ХК(L). Их область применимости — где- то до 1. Охлаждение требует более сложного оборудования (криостаты), управление доп. Получаем, что управляемая температура от 1. В моём случае, хотелось добиться точности поддержания 0.
Использование 1/3. 6 бит это получается представить от 0 до 2. Вместо работы с отрицательными числами, мы будем работать в кельвинах вместо цельсиев, таким образом — представляется от 0 до 2. Диапазон настраиваемости.
Исходя из этого, предельным коэффициентом пропорциональности логично предположить 1. Больше не имеет смысла, так как мы хотим получить управляемость в 0. Минимальный, для простоты, я взял инверсным — 1% мощности на 1. Диапазоны временных коэффициентов вычисляются просто исходя из наших условий работы регулятора. Так как мы управляем через мощностью симистор путём вычисления задержки момента включения после прохождения через 0, предельная частота работы регулятора — 5. Если мы уверены, что управляем мощностью которой пофиг плюс или минус, мы можем работать на 1.
Гц, но это не всегда так, и потому лучше каждый раз дозировать равное количество как положительной так и отрицательной полуволны. Для упрощения жизни, я снизил время работы до 2. Гц, тем самым любое вычисленное воздействие будет действовать в течение 4 полуволн, и за это время у меня будет возможность рассчитать новое воздействие. Таким образом, постоянные времени задаются через 1/2. Ну и еще у нас есть ограничение мощности минимальное и максимальное, от 0 до 1.
Пид Регулятор Температуры На Микроконтроллере
AVR221: цифровой PID-контроллер на AVR Добавил(а) microsin Здесь приведен перевод апноута AVR221: Discrete PID controller on tinyAVR and megaAVR devices 1 (дискретный контроллер PID на микроконтроллерах серий tinyAVR и megaAVR). Возможности описанного контроллера:. Простой дискретный (цифровой) алгоритм PID-контроллера. Можно реализовать на всех моделях микроконтроллеров AVR. Функция управления PID использует 534 байта памяти программ (FLASH) и требует 877 циклов CPU (применен компилятор IAR, включена оптимизация по размеру кода) 1 Для чего нужен PID-регулятор? Этот апноут описывает простую реализацию дискретного пропорционально-интегрально-дифференциального (дословный перевод Proportional-Integral-Derivative, PID) контроллера. Когда необходимо применить регулирование выхода системы, отслеживая изменение опорного значения или состояния, может потребоваться некий алгоритм управления.
Примером таких приложений может служить управление мотором, поддерживание температуры в печи, стабилизация напряжения, давления, потока жидкости, скорости, ускорения или других значений. Одним из таких алгоритмов является PID, который может использоваться для управления любой измеряемой величиной, когда она может быть затронута при манипулировании другими переменными процесса. За все время использовалось много решений для управления, но в сравнении со всеми PID-контроллер получил репутацию 'индустриального стандарта' из-за своей простоты и хорошего быстродействия.
Чтобы получить больше информации по контроллерам PID их применению, обратитесь к другим источникам, например к книге 'PID Controllers' K. Hagglund (1995). Типичный отклик PID-регулятора на скачкообразное изменение входной опорной величины. Примечание к рис. 1-1: ref - входное отслеживаемое воздействие, pi - отклик пропорционально-интегрального регулятора, p - отклик пропорционального регулятора, pid - отклик PID-регулятора.
2 PID-регулятор На рис. 2-1 схематично показана система с PID-регулятором. PID-контроллер сравнивает измеренную отслеживаемую величину y с опорным значение y0. Разность (или ошибка) e обрабатывается для вычисления нового входного значения для системы u.
Это входное значение пытается подстроить измеряемую отслеживаемую величину так, чтобы она вернулась в нужное значение, соответствующее опорному. Получается схема с замкнутым циклом управления (управление с обратной связью). Альтернативой схеме управления с замкнутой петлей управления является схема открытого цикла управления (без обратной связи).
Такая схема проще, но во многих случаях является неудовлетворительной, и её часто невозможно реализовать из-за свойств самой системы. Путем добавления обратной связи по входу системы можно улучшить качество регулирования и даже быстродействие. Управление с обратной связью, с применением PID-регулятора. Кроме того, в отличие от простых алгоритмов управления, PID-контроллер может управлять входным параметром u, основываясь на истории и скорости изменения опорного сигнала y0.
Это дает повышение точности и стабильности в методе управления (см. 1-1, где видно, что PID-регулятор дает меньше колебаний при отслеживании выходной величины). Основная идея состоит в том, контроллер читает состояние какого-то сенсора. Затем он вычитает измеренное значение из опорного, и из этого получается значение ошибки. Эта ошибка может быть обработана тремя способами:.
Man 14.272 руководство по ремонту. отслеживание текущего значения, используя пропорциональное регулирование. восстановление на основе предыдущего значения, используя интегрирование. предсказывая будущее значение на основе дифференцирования.
2-2 показана более подробная схема PID-контроллера, где Tp, Ti, и Td обозначают константы времени для пропорционального, интегрального и дифференциального условий соответственно. Схема внутреннего устройства PID-регулятора.
2.1 Пропорциональная составляющая PID-регулятора Пропорциональное условие (P) подает на вход системы значение, пропорциональное ошибке. Использование только P-управления дает постоянную ошибку во всех случаях кроме тех, когда управляющий вход системы равен 0, и выходное отслеживаемое значение равно требуемому. На рисунке 2-3 статическая ошибка появляется после того, как изменилось требуемое (опорное, reference, ref) значение. Использование слишком большого коэффициента P-регулирования (Tp) в PID-регуляторе делает систему управления нестабильной. Отклик P-регулятора на скачкообразное изменение опорного параметра.
2.2 Интегральная составляющая PID-регулятора Интегральное условие (I) выдает на вход системы значение управления, зависящее от суммы предыдущих ошибок. Суммирование ошибок будет продолжаться, пока выходное обрабатываемое системой значение не станет равным требуемому, и когда опорное значение стабильно, то статическая ошибка будет нулевой. Чаще всего составляющая регулирования I нормально используется вместе с составляющей регулирования P, в результате чего получается PI-контроллер. Использование только I-составляющей приведет к медленному регулированию и часто к самовозбуждению системы.
2-4 показаны отклики системы с применением I и PI управления. Как можно видеть, отклик PI-контроллера не имеет статической ошибки, и отклик I-контроллера очень медленный. Отклик I- и PI-регуляторов на скачкообразное изменение опорного параметра. 2.3 Дифференциальная составляющая PID-регулятора Дифференциальное условие (D) добавляет к входному сигналу системы (u) информацию о скорости изменения опорного сигнала (насколько быстро изменяется ошибка e).
Это улучшает отклик на быстрое случайное изменение в состоянии системы или в опорном отслеживаемом значении. Составляющая D обычно используется совместно с P или PI, в результате чего получаются PD- или PID-контроллер.
Слишком большая составляющая D обычно приводит к нестабильности системы. 2-5 показывает результаты работы D-контроллера и PD-контроллера. Ответ от PD-контроллера дает ускоренное возрастание обрабатываемого системой значения по сравнению с P-контроллером. Имейте в виду, что D-составляющая по сути работает как фильтр высокой частоты (ФВЧ), стоящий на сигнале ошибки, и этот факт очень просто может привести к нестабильности системы и делает её более чувствительной к шуму и помехам. Отклик D- и PD-регуляторов на скачкообразное изменение опорного параметра.
Если объединить все три составляющие управления, то получится PID-контроллер, который обычно дает наилучшие результаты в управлении. 1-1 сравнивает между собой контроллеры P, PI и PID. PI улучшает P удалением статической ошибки, и PID улучшает PI ускорением ответа и отсутствием при этом перерегулирования.
2.4 Настройка параметров PID-регулятора Самый лучший способ найти нужные параметры PID - получить их из математической модели системы, параметры могут быть вычислены по необходимому отклику системы. Часто полное математическое описание системы отсутствует, и приходится экспериментально подбирать параметры PID-регулятора. Нахождение составляющих PID-регулятора может быть сложной задачей. Важно хорошо знать систему и её поведение в различных условиях. Оптимальное поведение в ответ на изменение условий или изменение опорной заданной величины зависит от конкретного приложения. Некоторые процессы не должны допускать перерегулирования (выбросов) в ответ на изменение входной отслеживаемой величины. Другие процессы должны минимизировать расход энергии на пути достижения отслеживаемой величины.
И почти всегда главным требованием является стабильность системы. Процесс управления не должен допускать самовозбуждения для любого варианта текущих условий регулирования или любые изменения входной отслеживаемой величины. Кроме того, эффект стабилизации должен укладываться в заранее заданные ограничения по времени. Есть несколько методов для настройки петли регулирования PID. Выбор метода зависит от того, может ли процесс регулирования быть отключенным для настройки, или нет. Метод Ziegler-Nichols хорошо известен как стратегия настройки, не требующая отключения системы. На первом шаге этой методики устанавливают усиление I и D составляющих в 0, увеличивают усиление P, пока не выходе не будут получены установившиеся и стабильные колебания (при этом выходной сигнал должен как можно меньше отличаться от опорного).
Затем записывают критическое усиление Kc и период генерации Pc, и значения P, I и D подстраиваются по таблице 2-1. Параметры методики Ziegler-Nichols для настройки PID. Контроллер K p T i T d P 0.5. K c PD 0.65. K c 0.12.
P c PI 0.45. K c 0.85. P c PID 0.65. K c 0.5. P c 0.12. P c Дальнейшая настройка параметров часто нужна для оптимизации быстродействия PID-регулятора. Необходимо иметь в виду, что есть системы, для которых PID-регулятор не очень хорош, или системы, где он будет нормально работать только в малом диапазоне имеющихся состояний системы.
Это нелинейные системы, но основная проблема с PID-регулятором проявляется с нестабильными системами, и когда эффект от входного воздействия зависит от состояния системы. 2.5 Дискретный PID-регулятор Дискретный (цифровой) PID-регулятор будет читать ошибку, делать вычисления и выдавать выходное значение с заданными интервалами времени, с периодом выборки T.
Время выборки T должно быть гарантированно меньше, чем самый маленький интервал времени, который может иметь в системе (по техзаданию) важное значение. 2.5.1 Основа алгоритма PID-регулятора В отличие от простых алгоритмов управления, PID-регулятор может манипулировать управляющим сигналом, основываясь на истории и скорости изменения отслеживаемого сигнала. Это дает метод более точного и стабильного управления. 2-2 показана схема PID-регулятора, где Tp, Ti и Tp обозначают константы времени для составляющих пропорционального, интегрального и дифференциального регулирования соответственно. Передаточная функция системы на рис. 2-2: Это дает зависимость u от e по оси времени: Аппроксимация составляющих I и D: Здесь n - дискретный шаг времени t. Это дает выражение для регулятора: Здесь: Чтобы избежать изменений в требуемой величине процесса и любых нежелательных быстрых изменений в управляющем сигнале, регулятор улучшен на базе составляющей D только на значении величины процесса: 3 Реализация PID-регулятора Этот апноут поставляется с готовой реализацией PID-регулятора на языке C 2.
Полную документацию по исходному коду можно найти, если открыть файл readme.html, который имеется в пакете архива. Блок-схема демонстрационного приложения PID-регулятора. 3-1 показана упрощенная схема демо-приложения 2.
PID-регулятор использует структуру (struct) для сохранения своего состояния и параметров. Эта структура инициализируется в теле функции main, и функциям InitPID и PID передается только указатель на структуру. Функция PID должна быть вызвана на каждом интервале времени T. Это реализовано с помощью таймера, который устанавливает флаг PIDtimer, когда проходит интервал времени T. Когда флаг PIDtimer установлен, подпрограмма в цикле main читает требуемое значение процесса (опорное отслеживаемое значение setPoint) и текущее значение процесса системы, вызывается PID, и выводит результат на управляющий вход.
Чтобы увеличить точность, множители pfactor, ifactor и dfactor смасштабированы с коэффициентом 1:128. Результат алгоритма PID затем масштабируется обратно делением на 128. Число 128 выбрано для того, чтобы задействовать оптимизацию компилятора (умножение на 128 заменяется сдвигом на 1 бит младшего байта и копированием результата в старший байт). T IFactor = 128. Kp. Ti Td DFactor = 128. Kp.
T 3.1 Свертка для интеграла Входное значение регулирования u иногда достигает некоторого предела. Предел связан либо с ограниченным числовым диапазоном переменных PID-регулятора (в коде могут использоваться целочисленные переменные ограниченной разрядности), либо с выходным диапазоном регулятора, либо насыщением (ограничением сигнала) в усилителях, либо с вычислениями в алгоритме.
Это произойдет, если имеется слишком большое различие между измеренной величиной и опорным сигналом. Причина может быть в больших возмущениях / перегрузке, которые система должна обработать. Если регулятор использует целочисленные составляющие регулирования, ситуация может стать проблематичной.
Интеграл по сути просто сумма предыдущих значений, которая может переполниться, и регулятор перестанет работать. Работа восстановится, когда большое возмущение / нагрузка исчезнет, и PID скомпенсирует управляющий сигнал, как только интегральная сумма вернется к нормальному значению. Проблему целочисленного переполнения можно обойти несколькими способами. В этой реализации максимальная сумма в интеграле ограничена, но ей не позволено превысить значение MAXITERM. Корректное значение MAXITERM будет зависеть от самой системы и используемого времени выборки T. Переводчика: похожие проблемы есть и в алгоритмах ЦОС (цифровая обработка сигналов, DSP), когда применяется целочисленная арифметика для ускорения работы 3.
Другие методы устранения проблемы переполнения - повышение разрядности переменных в вычислениях, и даже переход на арифметику с плавающей запятой. К сожалению, это часто связано с увеличением объема вычислений и усложнением оптимизации и разработки, так что имеет ограниченную область применения. В любом случае для вычислений старайтесь задействовать аппаратные ресурсы ядра AVR 4.
4 Дополнительные замечания Представленный PID-регулятор является упрощенным примером. Регулятор должен хорошо работать, однако может потребоваться улучшение, связанным с конкретным применением (к примеру, устранение переполнений и/или неточностей в регулировании). Можно добавить коррекцию (устранение) насыщения в I-составляющей за счет P-составляющей, если это позволяют условия обработки регулируемой величины. В вычисление множителей IFactor и DFactor время выборки T является частью выражения. Если T выбрано слишком маленьким, или сделано больше 1 секунды, то будет нарушена точность вычисления либо множителя IFactor, либо множителя DFactor. Примите решение по доработке алгоритма PID при масштабировании, чтобы сохранить точность вычисления I-составляющией (интеграл) и D-составляющей (производная).
AVR221: Discrete PID controller on tinyAVR and megaAVR devices site:atmel.com. Цитирую Станислав: e(t)=SP-y(t), SP, как правило, = const. Таким образом, de(t)/dt = d(SP - y(t))/dt = -dy(t)/dt. Ошибки в реализации (файл pid.c) - нет (я об этом писал).
Ошибка допущена в описании реализации - текст на данном сайте и исходный pdf на английском. Вы совершенно правы, что de(t)/dt = d(SP - y(t))/dt = -dy(t)/dt. Но dy(t)/dt = y(n)-y(n-1), т.е. От значения на текущем шаге надо отнять значение с предыдущего шага.
А -dy(t)/dt = y(n-1)-y(n), следовательно: de(t)/dt = y(n-1)-y(n). Именно эта формула использована в реализации (pid.c) - я об этом писал раньше. Но вот в тексте описания реализации в последней формуле в разделе 2.5.1 формула отличается от приведенной. Если, все-таки, непонятно, посмотрите внимательно мои комментарии #3 и #4. Цитирую xsmirnov: Теперь посмотрим исходник pid.c на 93 строке: // Calculate Dterm dterm = pidst-DFactor. (pidst-lastProcessValu e - processValue); processValue - это текущее значение выходной переменной, т.е. Y(n); pidst-lastProcessValu e - это значение выходной переменной на предыдущем шаге, т.е. Стиральная машина бош.
Отсюда следует, что дифференциально е слагаемое в коде вычисляется по формуле Kd.(y(n-1) - y(n)), следовательно в последней формуле в разделе 2.5.1 допущена ошибка в оригинальной документации. Тот, кто писал реализацию, хорошо разбирается в теории автоматического регулирования. E(t)=SP-y(t), SP, как правило, = const. Таким образом, de(t)/dt = d(SP - y(t))/dt = -dy(t)/dt. Этот изящный приём используется для устранения 'дифференциально го всплеска' при изменении задания SP (setpoint).
Пид Регулятор Температуры На Atmega
Цитирую: Цитирую Alex: Если y(n) это ошибка, то написано верно всё, Вы не правы. А если y(n) это не ошибка, то вообще непонятно что там выражается в формуле.
Ошибка - это разность между y0(t) и y(t), т.е. E(t)=y0(t)-y(t) (см.
Пид
Схему на рис. В алгоритме для того, чтобы избежать изменение управляющего воздействия u(t) при быстром изменении задающего воздействия y0(t), предлагается проводить дифференцирован ие не сигнала ошибки e(t), а выходного сигнала y(t) (т.е. Полагается, что y0(t)=const). Поэтому: de(t)/dt = d/dt(y0(t) - y(t)) = -dy(t)/dt = -(y(n) - y(n-1)) = y(n-1) - y(n).