Практика: настройка ПИД-контура

Задача

Настроить ПИД-регулятор для контура нагрева воды до уставки 70 °C. Объект инерционный: после изменения мощности температура реагирует с задержкой.

Шаг 1. Базовая линия — только П

1. Отключи И и Д (поставь их в ноль / максимальную постоянную времени).
2. Поставь умеренную пропорциональную составляющую, подай уставку 70 °C, запиши график PV(t).
3. Отметь: вышел ли процесс на 70 °C или застрял ниже? Чему равна статическая ошибка?

Шаг 2. Найди границу колебаний

1. Постепенно увеличивай пропорциональную составляющую (уменьшай зону пропорциональности).
2. Найди момент, когда процесс пошёл в устойчивые незатухающие колебания вокруг уставки.
3. Запомни это значение — отсюда отступают назад: рабочая пропорциональная составляющая обычно слабее «колебательной» в 1,5–2 раза. (Это упрощённая идея метода Циглера–Никольса.)

Шаг 3. Добавь интеграл

1. Верни пропорциональную составляющую в безопасную зону (без колебаний).
2. Постепенно вводи интегральную составляющую и смотри, как уходит статическая ошибка — PV подползает точно к 70 °C.
3. Перебор с И → перерегулирование и медленная раскачка. Поймай баланс.

Шаг 4. Нужна ли Д

1. Если процесс выходит с большим забросом выше 70 °C — добавь немного дифференциальной составляющей, чтобы упредить и сгладить.
2. Если сигнал шумит и выход «дёргается» — Д лучше оставить в нуле (работай как ПИ).

Шаг 5. Оцени качество настройки

Сними финальный график и оцени по критериям:

Что сдать

Запись в журнал: график (или описание) для каждого шага — «только П» со статической ошибкой, граница колебаний, финальная настройка с П+И(+Д); итоговые параметры Kp/Xp, τИ, τД; и таблица оценки качества из шага 5.

Критерии самопроверки

Работа зачтена, если ты можешь:

• показать на своём графике статическую ошибку «только П» и доказать, что интеграл её убрал;
• объяснить, что произошло на границе колебаний и зачем от неё отступают;
• словами обосновать, почему в твоём контуре Д включена или оставлена нулём;
• глядя на чужой график переходного процесса, сказать «тут перекрутили П» или «мало интеграла».