доля
БОЛЕЕ ДЕТАЛЬНО
Реализация 0,1% сверхточного ПИД-регулятора в промышленности и анализ его основных параметров
1. Что такое пропорциональный регулятор давления?
В промышленной сфере часто требуется сверхточный контроль параметров процесса, таких как температура, вакуумное давление и расход. Точность контроля в промышленной области делится на высокую точность (1%) и сверхвысокую точность (0,1%). В лабораториях высокого уровня и при метрологических калибровках часто требуется точность контроля выше 0,05%.
Для полной системы ПИД-регулирования типичный контур управления представляет собой замкнутый контур, как показано на рисунке 1.
Как показано на рисунке 1, в системе ПИД-регулирования с обратной связью датчики и исполнительные механизмы в основном являются внешними, которые можно выбирать в соответствии с различными параметрами управления и требованиями к точности. В промышленных приложениях ПИД-регулятор должен быть независимым инструментом управления, то есть промышленный ПИД-регулятор в основном объединяет аналого-цифровой преобразователь АЦП, микроконтроллер MCU и цифро-аналоговый преобразователь, как показано на рисунке 1. .
В некоторых случаях измерения и управления с более высокой точностью, например, в области измерения и калибровки, для повышения точности ПИД-регулятора обычно используется система ПИД-регулирования с дискретной структурой, то есть аналого-цифровая схема. преобразователь АЦП и микроконтроллер ПИД-регулятора на рисунке 1. Микроконтроллер и цифро-аналоговый преобразователь заменены специальными приборами более высокой точности. Например, аналого-цифровой преобразователь АЦП заменяется шести с половиной (или даже семью с половиной) цифровым вольтметром, а микроконтроллер MCU заменяется компьютером или однокристальным микрокомпьютером. Цифро-аналоговый преобразователь заменен шести с половиной разрядным цифровым источником. Хотя система ПИД-управления таких компонентов может эффективно повысить точность управления, общая стоимость и объем значительно улучшаются, и она не подходит для управления в промышленных приложениях.
В этой статье основное внимание уделяется встроенному ПИД-регулятору, используемому в промышленных приложениях, и представлены несколько ключевых технических показателей, участвующих в реализации сверхточного управления с точностью до 0,1% с точки зрения инженерных приложений, которые помогут сверхточному управлению. Процесс управления технологическими процессами в промышленных приложениях внедрения и выбора ПИД-регуляторов.
2. Анализ ключевых технических показателей сверхточного ПИД-регулятора.
Чтобы достичь сверхточного управления ПИД-регулятором с точностью выше 0,1%, эти три компонента должны соответствовать соответствующим техническим показателям и функциональным требованиям для достижения высокоточных функций измерения, расчета и управления соответственно.
(1) Точность измерения
Точность измерения ПИД-регулятора в основном относится к получению контроллером входного сигнала внешнего датчика, то есть к точности преобразования аналого-цифрового преобразователя АЦП. Сперма АЦП делится на 8, 12, 16 и 24 сорта. Таким образом, ключевым техническим показателем точности измерений ПИД-регулятора является этот АЦП.
В качестве примера возьмем напряжение постоянного тока с диапазоном входного сигнала ПИД-регулятора 0–10 В. На рисунке 2 указано минимальное измеряемое напряжение, соответствующее различным битам АЦП.
В соответствии с минимальным измеряемым напряжением различных битов АЦП, показанным на рисунке 2, можно рассчитать биты АЦП, необходимые для достижения точности измерения 0,1% для различных значений напряжения сигнала датчика, как показано на рисунке 3. Кроме того, выбор разрядов АЦП может быть определен в соответствии с требованиями к точности фактического контроля, и это вполне приемлемо для удовлетворения технических требований. Ведь чем выше цифры AD, тем выше точность. Однако чем дороже ПИД-регулятор, тем медленнее соответствующая скорость сбора данных.
(2) Точность управления
Точность управления ПИД-регулятором в основном относится к точности аналогового выхода контроллера на внешний исполнительный механизм. Чем больше цифр, тем выше точность сбора данных.
(3) Точность арифметических операций с плавающей запятой
Точность испытаний и точность управления зависят от точности аппаратной части ПИД-регулятора. Чтобы по-настоящему обеспечить общую точность управления ПИД-регулятором, он также включает в себя точность вычислений программного обеспечения микропроцессорного блока MCU, используемого контроллером, то есть так называемую точность операций с плавающей запятой. В качестве примера возьмем процент вывода ПИД-регулятора, как показано на рисунке 2. Минимальный процент вывода для 8-битных операций с плавающей запятой составляет 1%, а минимальный процент вывода для 10-битных и 12-битных операций с плавающей запятой. составляет 0,1%. Чтобы достичь общей точности управления выше 0,1%, обязательно потребуется использование 14-битных и 16-битных операций с плавающей запятой, чтобы минимальный процент вывода составлял 0,01%. То есть, чем больше бит операции с плавающей запятой, тем меньше процент вывода. Чем тоньше выходной сигнал управления, тем выше соответствующая точность управления.
3. Анализ случаев контроля давления
Мы используем случай управления давлением, чтобы продемонстрировать влияние точности управления пропорциональным регулятором давления KAOLU на эффект управления. В данном случае целью нашего эксперимента является точный контроль давления в диапазоне 0–6 бар (манометрическое давление) для достижения точности регулирования 0,1%. Структура всей экспериментальной установки показана на рисунке 4.
4. Вывод
Благодаря приведенному выше анализу и экспериментальной проверке случая регулирования давления промышленный интегрированный ПИД-регулятор должен соответствовать следующим техническим показателям, чтобы достичь точности управления 0,1%:
(1) Внешний датчик должен иметь сверхвысокую точность более 0,1%.
(2) Внешний привод также должен иметь высокую точность, но он не обязательно требует сверхвысокой точности 0,1%.
(3) Количество бит АЦП ПИД-регулятора должно быть не менее 16 бит, а лучше всего — 24 бита. (4) Работа ПИД-регулятора с плавающей запятой должна гарантировать, что выходной процент имеет возможность регулировки от 0,01% до 0,05%.
(5) Количество битов ЦАП ПИД-регулятора должно достигать не менее 14 бит, а лучше всего — 16 бит.
Хотите узнать больше оПропорциональный регулятор давления KAOLU? Тогда посетите нашВеб-сайт!
1. Что такое пропорциональный регулятор давления?
В промышленной сфере часто требуется сверхточный контроль параметров процесса, таких как температура, вакуумное давление и расход. Точность контроля в промышленной области делится на высокую точность (1%) и сверхвысокую точность (0,1%). В лабораториях высокого уровня и при метрологических калибровках часто требуется точность контроля выше 0,05%.
Для полной системы ПИД-регулирования типичный контур управления представляет собой замкнутый контур, как показано на рисунке 1.
Как показано на рисунке 1, в системе ПИД-регулирования с обратной связью датчики и исполнительные механизмы в основном являются внешними, которые можно выбирать в соответствии с различными параметрами управления и требованиями к точности. В промышленных приложениях ПИД-регулятор должен быть независимым инструментом управления, то есть промышленный ПИД-регулятор в основном объединяет аналого-цифровой преобразователь АЦП, микроконтроллер MCU и цифро-аналоговый преобразователь, как показано на рисунке 1. .
В некоторых случаях измерения и управления с более высокой точностью, например, в области измерения и калибровки, для повышения точности ПИД-регулятора обычно используется система ПИД-регулирования с дискретной структурой, то есть аналого-цифровая схема. преобразователь АЦП и микроконтроллер ПИД-регулятора на рисунке 1. Микроконтроллер и цифро-аналоговый преобразователь заменены специальными приборами более высокой точности. Например, аналого-цифровой преобразователь АЦП заменяется шести с половиной (или даже семью с половиной) цифровым вольтметром, а микроконтроллер MCU заменяется компьютером или однокристальным микрокомпьютером. Цифро-аналоговый преобразователь заменен шести с половиной разрядным цифровым источником. Хотя система ПИД-управления таких компонентов может эффективно повысить точность управления, общая стоимость и объем значительно улучшаются, и она не подходит для управления в промышленных приложениях.
В этой статье основное внимание уделяется встроенному ПИД-регулятору, используемому в промышленных приложениях, и представлены несколько ключевых технических показателей, участвующих в реализации сверхточного управления с точностью до 0,1% с точки зрения инженерных приложений, которые помогут сверхточному управлению. Процесс управления технологическими процессами в промышленных приложениях внедрения и выбора ПИД-регуляторов.
2. Анализ ключевых технических показателей сверхточного ПИД-регулятора.
Чтобы достичь сверхточного управления ПИД-регулятором с точностью выше 0,1%, эти три компонента должны соответствовать соответствующим техническим показателям и функциональным требованиям для достижения высокоточных функций измерения, расчета и управления соответственно.
(1) Точность измерения
Точность измерения ПИД-регулятора в основном относится к получению контроллером входного сигнала внешнего датчика, то есть к точности преобразования аналого-цифрового преобразователя АЦП. Сперма АЦП делится на 8, 12, 16 и 24 сорта. Таким образом, ключевым техническим показателем точности измерений ПИД-регулятора является этот АЦП.
В качестве примера возьмем напряжение постоянного тока с диапазоном входного сигнала ПИД-регулятора 0–10 В. На рисунке 2 указано минимальное измеряемое напряжение, соответствующее различным битам АЦП.
| АЦП (бит) | Минимальное доступное напряжение (мВ) |
| 8 | 3.906E+01 |
| 10 | 9.766E+00 |
| 12 | 2.441E+00 |
| 14 | 6.104Э-01 |
| 16 | 1.526Э-01 |
| 18 | 3.815Э-02 |
| 20 | 9.537Э-03 |
| 22 | 2.384Э-03 |
| 24 | 5.960Э-04 |
| Аналоговый сигнал (мВ) | Значение напряжения с точностью измерения 0,1 % | Нужен АЦП (битный) |
| 10000 | 1.00E+01 | 10 |
| 5000 | 5.00E+00 | 12 |
| 1000 | 1.00E+00 | 14 |
| 500 | 5.00Э-01 | 16 |
| 100 | 1.00E-01 | 18 |
| 50 | 5.00Е-02 | 18 |
| 10 | 1.00E-02 | 20 |
| 5 | 5.00E-03 | 22 |
| 1 | 1.00E-03 | 24 |
В соответствии с минимальным измеряемым напряжением различных битов АЦП, показанным на рисунке 2, можно рассчитать биты АЦП, необходимые для достижения точности измерения 0,1% для различных значений напряжения сигнала датчика, как показано на рисунке 3. Кроме того, выбор разрядов АЦП может быть определен в соответствии с требованиями к точности фактического контроля, и это вполне приемлемо для удовлетворения технических требований. Ведь чем выше цифры AD, тем выше точность. Однако чем дороже ПИД-регулятор, тем медленнее соответствующая скорость сбора данных.
(2) Точность управления
Точность управления ПИД-регулятором в основном относится к точности аналогового выхода контроллера на внешний исполнительный механизм. Чем больше цифр, тем выше точность сбора данных.
(3) Точность арифметических операций с плавающей запятой
Точность испытаний и точность управления зависят от точности аппаратной части ПИД-регулятора. Чтобы по-настоящему обеспечить общую точность управления ПИД-регулятором, он также включает в себя точность вычислений программного обеспечения микропроцессорного блока MCU, используемого контроллером, то есть так называемую точность операций с плавающей запятой. В качестве примера возьмем процент вывода ПИД-регулятора, как показано на рисунке 2. Минимальный процент вывода для 8-битных операций с плавающей запятой составляет 1%, а минимальный процент вывода для 10-битных и 12-битных операций с плавающей запятой. составляет 0,1%. Чтобы достичь общей точности управления выше 0,1%, обязательно потребуется использование 14-битных и 16-битных операций с плавающей запятой, чтобы минимальный процент вывода составлял 0,01%. То есть, чем больше бит операции с плавающей запятой, тем меньше процент вывода. Чем тоньше выходной сигнал управления, тем выше соответствующая точность управления.
3. Анализ случаев контроля давления
Мы используем случай управления давлением, чтобы продемонстрировать влияние точности управления пропорциональным регулятором давления KAOLU на эффект управления. В данном случае целью нашего эксперимента является точный контроль давления в диапазоне 0–6 бар (манометрическое давление) для достижения точности регулирования 0,1%. Структура всей экспериментальной установки показана на рисунке 4.
4. Вывод
Благодаря приведенному выше анализу и экспериментальной проверке случая регулирования давления промышленный интегрированный ПИД-регулятор должен соответствовать следующим техническим показателям, чтобы достичь точности управления 0,1%:
(1) Внешний датчик должен иметь сверхвысокую точность более 0,1%.
(2) Внешний привод также должен иметь высокую точность, но он не обязательно требует сверхвысокой точности 0,1%.
(3) Количество бит АЦП ПИД-регулятора должно быть не менее 16 бит, а лучше всего — 24 бита. (4) Работа ПИД-регулятора с плавающей запятой должна гарантировать, что выходной процент имеет возможность регулировки от 0,01% до 0,05%.
(5) Количество битов ЦАП ПИД-регулятора должно достигать не менее 14 бит, а лучше всего — 16 бит.
Хотите узнать больше оПропорциональный регулятор давления KAOLU? Тогда посетите нашВеб-сайт!