taratura di un controllore PID

[stardust79]

Ciao a tutti.
Ipotizziamo un caso pratico industriale: ho un motore a scoppio del quale devo controllare l'acceleratore tramite un controllo PID; l'obbiettivo è mantenere i giri costanti a fronte di disturbi o applicazioni di carico all'asse.
Quindi ingresso del sistema in anello aperto è apertura farfalla, uscita numero di giri. Sistema in anello chiuso setpoint di velocità e uscita velocità reale.
Dimentichiamoci per ora del derivativo perché non ho interessi particolari alle prestazioni del setpoint in transitorio.
Considerando il fatto che non dispongo della FDT del motore, come si fa a fare una taratura del PI ? posso fare tutte le prove che voglio.
In particolare sono dubbioso su questo particolare fatto: se a fronte di un ingresso a scalino del sistema in anello chiuso, dovessero esserci delle oscillazioni, come faccio a distinuguere se queste sono dovute a un proporzionale troppo elevato o un integrale troppo elevato ? Grazie ciao.

[MarcoD]

il fatto che non dispongo della FDT del motore, come si fa a fare una taratura del PI ? posso fare tutte le prove che voglio.

Hai un motore a disposizione ? che potenza ? o sono considerazioni solo sulla carta?


A livello semplificato,
Del motore ti basta conoscere il momento di inerzia e l'attrito interno
(se consideri la coppia del carico come un disturbo).
E se consideri istantanea la combustione, e la dinamica dell'attuatore della farfalla.

perché non inizi con un controllore solo proporzionale (accettando una caduta di velocità costante sotto carico?

Poi qualcuno meglio di me può illustrarti le tecniche di taratura sul campo di un regolatore.
doverrebbero esserci vari articoli in electroyou che illustrano come fare.

post scriptum:
confermo quanto da me scritto, ma non è facile rispondere in modo esaustivo alla tua domanda.

Cerca nel web "taratura regolatori PID "

Per esempio, ho trovato:
http://www.federica.unina.it/ingegneria/tecnologie-dei-sistemi-di...
link

[stardust79]

Ciao, si disponevo di motore.
Il mio obiettivo è avere prestazioni in transtorio quando si applica una coppia esterna, ma il setpoint non ha mai variazioni, è sempre quello (siamo in un'applicazione a giri costanti).
Io di solito parto con un derivativo nullo, un integrale quasi nullo e inizio ad aumentare il proporzionale fintanto che quest'ultimo non è abb alto per sopperire agli step di coppia, ma non lo incremento troppo per non oscillare troppo in transitorio (overshoot) o per non inficiare la stabilità dei giri in steady state. Poi una volta individuato il proporzionale ideale, incremento l'integrale finanto che questo non mi "smussa" o addolcisce in maniera ideale il transitorio di coppia.
Una volta trovati Kp e Ki ideali , si aumenta leggermente Kd ma quest'ultimo ha dal mio punto di vista poca importanza visto che avrebbe il suo maggior contributo in casi in cui il set point varia di continuo (che non è il nostro). Infatti, a conforto di quest'ultima tesi, ho visto applicazioni (in questo caso di turbine) sempre a setpoint fisso che avevano Kd nullo.
Una volta mi sono messo a "giocare" e mi sono messo ad aumentare il Ki di molto, per vedere cosa succedesse, e ho notato che il motore non aveva l'acceleratore che vibrava (come nel caso dell'aumento del Kp) ma poiuttosto si è messo a "singhiozzare" con vibrazioni a bassa frequenza.
Bene, spero di non aver detto sciocchezze sinora.
Tornando alla mia domanda, se ho un motore con PI già fissati e ho delle oscillazioni eccessive in transitorio o a regime, come faccio a distinuguere se queste sono dovute a un proporzionale troppo elevato o un integrale troppo elevato ? in base alla frequenza forse ? Grazie ciao.

[MarcoD]

Complimenti per le tue conoscenze sul campo.

Molti anni fa, avevo avuto a che fare con grossi motori diesel 4000 Hp a 1200 RPM navali con regolatori meccanici Woodward ?. e TAG 25000 Hp
Ma non ero responsabile della loro diretta regolazione.

se ho un motore con PI già fissati e ho delle oscillazioni eccessive in transitorio o a regime, come faccio a distinuguere se queste sono dovute a un proporzionale troppo elevato o un integrale troppo elevato ? in base alla frequenza forse ?

Ora sono troppo arrugginito per risponderti, ma dipende dalla configurazione.
Occore individuarne lo schema a blocchi e calcolarne la funzione di trasferimento o simularne il comportamento, ci sono libri e libri sulla teoria.

I motori a vuoto pendolano di più per la preponderanza della inerzia rispetto alla coppia del carico.
Se oscillano lentamente è dovuto alla azione integrale eccessiva.

[stardust79]

Complimenti per le tue conoscenze sul campo.

Molti anni fa, avevo avuto a che fare con grossi motori diesel 4000 Hp a 1200 RPM navali con regolatori meccanici Woodward ?. e TAG 25000 Hp
Ma non ero responsabile della loro diretta regolazione.

se ho un motore con PI già fissati e ho delle oscillazioni eccessive in transitorio o a regime, come faccio a distinuguere se queste sono dovute a un proporzionale troppo elevato o un integrale troppo elevato ? in base alla frequenza forse ?

Ora sono troppo arrugginito per risponderti, ma dipende dalla configurazione.
Occore individuarne lo schema a blocchi e calcolarne la funzione di trasferimento o simularne il comportamento, ci sono libri e libri sulla teoria.

I motori a vuoto pendolano di più per la preponderanza della inerzia rispetto alla coppia del carico.
Se oscillano lentamente è dovuto alla azione integrale eccessiva.

complimenti per la tua risposta sul pendolamentoa vuoto.
Io tutti questi libri o appunti sulla modellazione del motore non li trovo .. anzi nessuno.
grazie ciao

[SandroCalligaro]

Com'è realizzato ("fisicamente") il regolatore?
E' digitale?
Hai la possibilità di registrare delle forme d'onda, per lo meno della velocità?
Hai la possibilità di imporre arbitrariamente il valore di apertura della farfalla?

Credo che si possano applicare delle tecniche di identificazione (facendo qualche assunzione), ma occorre sapere cosa si sta applicando e leggere la relativa risposta nel tempo.

[stardust79]

Com'è realizzato ("fisicamente") il regolatore?
E' digitale?
Hai la possibilità di registrare delle forme d'onda, per lo meno della velocità?
Hai la possibilità di imporre arbitrariamente il valore di apertura della farfalla?

Credo che si possano applicare delle tecniche di identificazione (facendo qualche assunzione), ma occorre sapere cosa si sta applicando e leggere la relativa risposta nel tempo.

ciao. Non sono interessato alle tecniche di indentificazione e non ho la possibilità di fare test.
Vorrei solo sapere la teoria cosa dice a riguardo della FDT di un motore a scoppio in carico o a vuoto.
Grazie ciao.

[ssormanni]

bisogna capire qual è per te il margine di tolleranza che vuoi impostare. se per te oscillazioni di giri non sono così critiche lascerei il regolatore molto blando con risposte accettabili in termine di tempo me non impulsive, se invece hai necessità di avere una tolleranza stretta a regime, devi tenere il PI energico. eventualmente se puoi imposta due valori di PI per il transitorio e per il regime.

[MarcoD]

Saluto ssormanni, che fornisce l'occasione per riprendere la discussione.

Occorre definire il modello:
E' un motore a scoppio collegato a una pompa ? o a un alternatore? o a cosa ?

Se è una pompa, di solito la potenza assorbita è una funzione cubica della velocità.
Potenza massima?
Quanto è il campo della velocità del motore? Vel minima, velocità massima?

Momento di inerzia delle masse rotanti ? Esiste un volano ?
Una volta misuravano il momento di inezia dei volani in peso moltiplicato per diametro al quadrato
Supponevano che la maggior parte del peso fosse (come è ) sulla circonferenza.
Il momentoo di inerzia per i calcoli dinamici viene espresso in massa moltiplicato per raggio al quadrato. Se non erro, occorre moltiplicare per 4 il valore espesso in PD^2

[stardust79]

bisogna capire qual è per te il margine di tolleranza che vuoi impostare. se per te oscillazioni di giri non sono così critiche lascerei il regolatore molto blando con risposte accettabili in termine di tempo me non impulsive, se invece hai necessità di avere una tolleranza stretta a regime, devi tenere il PI energico. eventualmente se puoi imposta due valori di PI per il transitorio e per il regime.

Ciao. Nei regolatori industriali ci sono in genere diverse terne di valori PID (in genere almeno due) per diversi stati del motore stesso (esempio stato a vuoto e stato a carico).
Ci sono inoltre delle routine che ampllificano il Kp di un fattore moltiplicativo dato da K, impostabile, quando il valore attuale della variabile controllata supera una soglia, sempre impostabile, rispetto il setpoint.
Il problema delle macchine rotanti (turbine o motori) è proprio questo, non farle "sedere" oppure "scappar via" quando ci sono step di carico o rilasci di carico improvvisi.