МОСКОВСКАЯ ВСТРЕЧА
Форум самогонщиков Сайт Барахолка Магазин МОСКОВСКАЯ ВСТРЕЧА

ПИД - регулирование

Форум самогонщиков Автоматика
1 2 3 4 4
Игорь Академик - 7.4K 3.6K
Отв.60  24 Марта 09, 06:00
1...2...3...4...5...6.
И какова градусность отбираемого продукта?
CoBell, 24 Марта 09, 03:53
Добавлю два вопроса.
7. Какое количество какой крепости и степени вонючести был исходный самогон в кубе?
8. Какой объем продукта пищевого качества был отобран за время этой ректификации?
C-Bell Научный сотрудник Улан-Удэ 1.8K 1.3K
Отв.61  25 Марта 09, 08:09
Все-таки, здесь мы речь ведем о ПИД-регуляторе, предлагаю вернуться к этому предмету.

Собственно ПИД (по частям)

Для начала – аргументы в пользу ПИД. Их, как оказалось, не так и много. По сравнению с релейным термостатом схема, реализующая ПИД-регулирование будет посложнее. А уж про математику и говорить не приходится, чего стоит организовать численное интегральное счисление…. А если это автономный регулятор на базе микроконтроллера, то еще придется писать кучу драйверов для управления термометром, индикацией, клавиатурой, нагревателем. Основным аргументом в пользу создания такого устройства является удержание температуры на практически постоянном уровне, что (надеюсь) повысит производительность перегонного аппарата. И еще бонусы в виде контроля температуры на цифровом индикаторе и настройка порогов ее удержания кнопочками. Почему микроконтроллер, а не компьютер? При отключении питающего напряжения микроконтроллер продолжит прерванную работу когда оно вновь появится, компьютер в этом плане сложно настроить и еще гудит он вентиляторами – спать мешает. Другая причина - такую автоматику могут использовать те коллеги - самогонщики, у кого нет компьютера.

На основании изложенного представления об объекте автоматизации регулируемым параметром в тепловой системе, каковой является перегонный аппарат, принята температура паров, выходящих из дефлегматора. (Желающие могут взять регулируемым параметром давление, ПИД-регулятор с тем же успехом отрегулирует и его). В качестве регулирующего параметра – мощность, подаваемая на электронагреватель:
 
pidobj.jpg
Pidobj. ПИД - регулирование. Автоматика.
 
Не правда ли, результат выдает голимая математика? Как здесь посчитать интеграл, как вычислить дифференциал? Особенно когда в школе математику преподавал в лучшем случае историк. Поэтому выделим части из этой страшной формулы и разберем эти части.

Часть 1 - Пропорциональная
В установившемся режиме мы должны подводить такое количество тепла (подавать такую мощность на электронагреватель), чтобы при балансе теплопотерь и теплоуносе дефлегматора выходящие из него пары имели заданную температуру. То есть, для поддержания этого значения температуры нужно подводить какую-то определенную мощность. Обозначим ее как Pо.
Пропорциональный закон регулирования имеет следующий вид:
P=Pо+Kп*E
здесь P – подаваемая на электронагреватель мощность (регулировочный параметр); Kп – коэффициент пропорциональной части; E – ошибка установки регулируемого параметра (разность между требуемой температурой Tуст и текущим значением температуры Tтек).
От того, насколько точно угадаем значение Pо зависит точность удержания температуры. При значении Pо равном потребному, результирующая ошибка E=0 (красная линия (1) на графике). При Pо больше потребного, значение температуры будет больше Tуст на значение ошибки E=(P-Pо)/Kп (желтая линия (2) на графике). При Pо меньше потребного, ошибка также составит E=(P-Pо)/Kп (оранжевая линия (3) на графике), но значение температуры будет меньше Tуст.
Коэффициент Kп влияет не только на точность удержания заданной температуры, но и на скорость и устойчивость регулирования. При малых значениях Kп приближение к установленному значению будет небыстрым и температура будет значительно отличаться от потребной. При больших – может наступить перерегулирование и система будет колебаться около установленного значения с какими-то амплитудой и частотой.
pidprop.jpg
Pidprop. ПИД - регулирование. Автоматика.

В принципе, если выяснить потребную мощность Pо для удержания требуемого значения температуры и подобрать коэффициент пропорциональной части Kп ниже порога перерегулирования (эмпирическим путем), то можно от других частей ПИД-регулятора отказаться и оставить один П-регулятор. Тем более, что реализовать его проще всего.
В случае использования микропроцессора для реализации ПИД-регулятора, невозможно его заставить все время измерять температуру, он должен отвлекаться на выполнение других задач (индикация, сканирование клавиатуры, управление выходной мощностью и т.д.), да и само цифровое преобразование температуры занимает какое-то время. При использовании, например, в качестве цифрового термометра DS18B20 длительность измерения температуры при 12-битном разрешении составит порядка 750 мС. Поэтому в таких системах устанавливают фиксированный шаг времени выборки результатов измерения контролируемого параметра. Такой подход позволяет облегчить вычисление интегральной и дифференциальной частей, зависящих от времени.
Для еще большего облегчения вычислений можно выразить результаты ПИД-регулятора не в абсолютных, а в относительных единицах. В случае электронагревателя результат лучше рассчитывать не в Ваттах, а в процентах от полной мощности электронагревателя, что обеспечит также независимость регулятора от типа применяемого нагревателя. В этом случае проще установить пределы регулировочного параметра 0…100%. При этом также устанавливается какой-то шаг регулировки (например, 1%).
Алгоритм вычисления пропорциональной части при указанных упрощениях будет таким:
1.   В очередной момент времени произвести выборку значения температуры Tтек от цифрового термометра и дать ему команду на новое измерение;
2.   Вычислить ошибку установки температуры E=Tуст-Tтек;
3.   Вычислить потребную для устранения ошибки мощность P=Pо+Kп*E [%]
4.   Проверить 0 <= P <= 100, если не в границах, привести к ним;
5.   Подать рассчитанную мощность на электронагреватель.
Алгоритм и математика, как видим, несложные. Остается вопрос – где взять значения Pо и Kп? Эти значения определяются самим объектом автоматизации, поэтому точнее всего их можно получить при натурном испытании объекта.  Но если провести такие испытания объекта нет возможности, можно использовать другой подход.
Pо установить в середину регулировочного диапазона Pо=50%. Это обеспечит равновероятие ошибки как в большую, так и в меньшую сторону.
Kп принять такой величины, чтобы изменение температуры в пределах погрешности термометра не влияло на результаты вычислений регулятора (как бы установить порог нечувствительности). При значении ошибки E меньше погрешности термометра изменение мощности должно быть меньше шага этого изменения. Для DS18B20 (погрешность 0,5 град) и шага мощности в 1% получим Kп=1/0,5=2.
При таком подходе удерживаемая регулятором температура всегда будет отличаться от требуемой. Но даже при эмпирическом определении параметров пропорциональной части нет гарантии, что с течением времени они не изменятся (например, отключили воду, охлаждающую дефлегматор). Пропорциональный регулятор не сможет отследить этот процесс и возникнет ошибка. Для компенсации ошибки пропорциональной части используют регулятор с памятью – интегральную часть.
Продолжение continued m.b.
Altair Научный сотрудник Омск 322 75
Отв.62  25 Марта 09, 09:34
Я понял! ПИД регулятор можно применить для формирования напора струи охлаждающей воды (CoBell заметь, не нагревателя!) для дефлегматора в колонне с отбором паровой фазы!
В колонне нагреватель нужен для получения некоторого, вполне определнного и поддающегося расчету, количества пара. А температуру пара я регулировать не могу. Она выдается природой и обсуждению не подлежит.

Ну и сразу что бросилось в глаза -  у DS18B20 "погрешность" не 0,5*, а 0,0625*.
Не нужно разрешающую способность путать с абсолютной точностью. В данном случае важна будет именно разрешаюшая способность.
C-Bell Научный сотрудник Улан-Удэ 1.8K 1.3K
Отв.63  25 Марта 09, 11:29
Я понял! ПИД регулятор можно применить для формирования напора струи охлаждающей воды (CoBell заметь, не нагревателя!) для дефлегматора в колонне с отбором паровой фазы!
В колонне нагреватель нужен для получения некоторого, вполне определнного и поддающегося расчету, количества пара. А температуру пара я регулировать не могу. Она выдается природой и обсуждению не подлежит.

Ну и сразу что бросилось в глаза -  у DS18B20 "погрешность" не 0,5*, а 0,0625*.
Не нужно разрешающую способность путать с абсолютной точностью. В данном случае важна будет именно разрешаюшая способность.
Altair, 25 Марта 09, 09:34
При описании теплового объекта регулирования была отмечена возможность использовать в качестве регулируещего параметра скорость отбора тепла дефлегматором, и такое решение может оказаться гораздо изящнее и проще микроконтроллерного управления мощностью нагревателя. Важнее правильно определить регулируемый параметр, который объективно отражает требуемое состояние системы.

Могу ли регулировать температуру пара? ("А полком?") "А могу!" отключи нагрев, спустя некоторое время температура в дефлегматоре поползет вниз (если нет, я поздравлю тебя с созданием вечного двигателя). Еще один экперимент, только мысленный (ибо почти наверняка бабахнет): включи нагрев, запечатай все отверстия связи с атмосферой (сделай замкнутую систему) и увидишь как температура поползет  выше.

Насчет DS18B20 Altair абсолютно прав, при такой разрешающей способности коэффициент пропорциональной части регулятора будет равен 16.
Altair Научный сотрудник Омск 322 75
Отв.64  25 Марта 09, 12:16, через 48 мин
Могу ли регулировать температуру пара? ("А полком?") "А могу!" отключи нагрев, спустя некоторое время температура в дефлегматоре поползет вниз (если нет, я поздравлю тебя с созданием вечного двигателя). Еще один экперимент, только мысленный (ибо почти наверняка бабахнет): включи нагрев, запечатай все отверстия связи с атмосферой (сделай замкнутую систему) и увидишь как температура поползет  выше.
CoBell, 25 Марта 09, 11:29

Да да. Все верно. Это действительно сферический конь в вакууме.

А в жизни, ты ни отключить нагреватель, ни "запечатать" не можешь. Бо тогда это будет не ректификация, а скрещивание теплого с мягким или ректификация при давлении отличном от атмосферного. Относительно последнего - Крель не обнаружил заметного изменения качества ректификации.

P.S. Когда отключишь нагреватель и температура поползет вниз - это не пар температуру уменьшит, это просто пар кончится и дефлегматор сам по себе остывать начнет. Температура пара от мощности негревателя не зависит. Ну при неизменном давлении, ессно.
C-Bell Научный сотрудник Улан-Удэ 1.8K 1.3K
Отв.65  26 Марта 09, 03:14
Температура пара от мощности негревателя не зависит. Ну при неизменном давлении, ессно.
Altair, 25 Марта 09, 12:16
Абсолютно колбаса!
При неизменном давлении температура зависит от состава пара.
Тепломассообменник и ректификационная колонна, в частности, изменяет состав пара и флегмы по мере продвижения пара от куба к дефлегматору, при этом температура пара понижается и соответствует его составу в данном участке массотеплообменника.

Удерживая температуру пара на выходе тепломассообменника (естественно только в пределах от температуры окружающей среды до температуры кипения находящейся в данный момент в кубе жидкости) получим такое распределение пара и флегмы в тепломассообменнике, что будет отбираться фракция с температурой кипения, равной удерживаемой. То есть определенного состава.
Altair Научный сотрудник Омск 322 75
Отв.66  26 Марта 09, 05:12
Из соседней ветки:
[Плавный отбор спирта]

Это не то, что надо получить - в случае ректификации колонной. Температура куба по большому счету не важна для оперативного управления процессом.

Колонна как технологический процесс ценна тем, что она имеет сильные, распределенные по ее фигуре отрицательные обратные связи, короче, она себе сама самостабилизатор. При упрощающем условии, что:

1) мощность нагревателя куба испаряет X граммов вещества в секунду. Это постоянно.
2) узел отбора отбирает Y граммов вещества в секунду. И это постоянно.

не требуется автоматизация как таковая. Кстати, X/Y - что-то там близкое к флегмовому числу. При условиях 1 и 2 условие X/Y > 1 означает очистку, а не перегонку, и все резко улучшается с ростом X/Y. Другое дело, что достичь существенного роста стабильного X/Y при росте X непросто: захлебывание и т д. Плюс состав в кубе все время ухудшается.

ИМХО, "автоматизация" здесь не должна мешать естественной автоматике кипения-конденсации и лишь уберегать все это дело от перегрузок-аварий, поддерживать пропускание клапана, ну и от дурака тоже оберегать. Конечно, зная характеристики ректифицируемой смеси, можно пойти и на оптимизацию. Уверяю "энтузазыстов" (c) - без надежной мат.модели обязательно выйдет "хотели как лучше, а вышло как всегда" (c).
Reflux, 25 Марта 09, 21:08

C-Bell Научный сотрудник Улан-Удэ 1.8K 1.3K
Отв.67  26 Марта 09, 09:48
Не оспариваю, это справедливо для непрерывного процесса. Подавляющее же количество самогонщиков работает в периодическом режиме, когда состав кубовой жидкости в процессе выгона МЕНЯЕТСЯ.
Altair Научный сотрудник Омск 322 75
Отв.68  26 Марта 09, 12:08
CoBell, давай ты прекратишь теоретизировать, а либо поверишь в то что тебе говорят, либо почитаешь умные книги, либо чего нибудь сделаешь руками и, ощупывая шишки на лбу, узнаешь много нового.
сообщение удалено