Реализация пид-регулятора и цифровой фильтрации в контроллерах

Плавное переключение режимов работы. При переключении с ручного на автоматический режим выход регулятора может измениться скачком, даже если ошибка управления равна нулю. Причина в том, что интегральный член в алгоритме регулятора не всегда равен нулю. Регулятор – это динамическая система, и интегральная часть является одним из элементов внутреннего состояния, который должен быть известен при изменении режима управления.
Скачок выходной величины регулятора можно предотвратить, а смена режима в этом случае называется плавным (безударным) переходом (bumpless transfer).
Возможны две ситуации: а) переход с ручного на автоматический режим или наоборот; б) изменение параметров регулятора.
Плавный переход в случае а) для аналогового регулятора достигается за счет приведения процесса вручную к состоянию, в котором измеренное значение выходной величины равно опорному.
Процесс поддерживается в этом состоянии до тех пор, пока выходной сигнал регулятора равен нулю. В этом случае интегральная часть также равна нулю, и поскольку ошибка равна нулю, то достигается плавный переход. Эта процедура годна и для цифровых регуляторов.
Другой метод состоит в медленном доведении опорного значения до необходимой конечной величины.
Вначале опорное значение устанавливается равным текущему измерению, а затем постепенно вручную доводится до желаемого.
Если эта процедура выполняется достаточно медленно, интегральная часть сигнала регулятора остается настолько малой, что обеспечивается плавность перехода. Недостатком этого способа является то, что он требует достаточно большого времени, которое зависит от характера процесса.
Ограничение скорости изменения управляющего сигнала. Во многих СУ необходимо ограничивать как амплитуду, так и скорость изменения управляющего сигнала. Для этого используют специальные схемы защиты, подключаемые после канала ручного ввода опорного значения u_c(t) и передающие регулятору отфильтрованный сигнал u_L(t), как это показано на рис. 30.5.
В результате процесс «видит» этот управляющий сигнал вместо введенного вручную. Такой способ обычно применяют при регулировании электроприводов. Ограничение скорости изменения сигнала можно получить с помощью простой цепи обратной связи.
Сигнал ручного управления u_c(t), выступающий в качестве опорного, сравнивается с допустимым управляющим сигналом u_L(t). Сначала их разность ограничивается пределами uemin и uеmах.
Затем полученное значение интегрируется, причем интеграл аппроксимируется конечной суммой.
Алгоритм ограничения скорости изменения таков:
…
uе = uс - uL;
if (uе < uemin) then uelim := uemin (*функция ограничения*) else if (ue < uemax) then uelim := ue
else uelim := uemax;
uL = uL_old + taus*uelim;
…

Рис. 30.5. Цепь ограничения скорости изменения сигнала задания Uc (а) и реакция схемы на скачок задающего сигнала Uc (б)