VIDEO: Wie funktioniert die PID-Regelung im ATC2000?
Das ATC2000 ist ein geräuscharme Heizsystem zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur von Tieren während experimenteller Verfahren. Das ATC2000 verwendet einen digitalen PID-Regler, um die Leistungszufuhr zur Heizplatte zu steuern und so die gewünschte Temperatur am überwachten Sensor zu erreichen. PID steht für Proportional, Integral und Differential. So funktioniert die PID-Regelung:
Der voreingestellte Sollwert beträgt 37 °C, kann aber konfiguriert werden. Der Regler berechnet den Fehler, also die Differenz zwischen der aktuellen Temperatur und der gewünschten Temperatur.
Fehler = Überwachte Temperatur – Sollwert
Drei einzelne Komponenten werden durch Anwendung verschiedener Funktionen auf den Fehler abgeleitet:
- Der Fehler wird mit dem einstellbaren Proportionalverstärkungsfaktor (P) multipliziert.
- Der Fehler wird aufsummiert und bildet das Integral, das mit dem einstellbaren Integralverstärkungsfaktor (I) multipliziert wird.
- Der Fehler wird vom vorherigen Fehlerwert subtrahiert, um die Differenz zu bestimmen. Diese wird dann mit dem Differentialanteil (D) multipliziert, den Sie ebenfalls einstellen können.
Diese drei Komponenten werden addiert, um den Reizinput zu bilden, der auf das System angewendet wird. Das System erzeugt einen Temperaturwert, der zurückgeführt und erneut mit dem Sollwert verglichen wird. Dieser Zyklus wiederholt sich, bis der Fehler null ist, was bedeutet, dass die Ausgabe den gewünschten Sollwert erreicht hat.
Auswirkung des Proportionalverstärkers
Der Proportionalverstärker wirkt schnell und ändert sich nicht mit der Zeit, wenn der Fehler konstant bleibt. Der Proportionalverstärker allein bringt das System nahe an den gewünschten Wert, da die proportionale Regelung die Schwankungen der Temperatur um den Sollwert begrenzt, während der Regler stabilisiert. Wird die proportionale Regelung jedoch allein verwendet, nachdem die Temperatur stabil ist, nähert sich die tatsächliche Temperatur dem Sollwert an, erreicht ihn aber nie ganz. Zu viel Proportionalverstärkung lässt das System oszillieren und über- bzw. unterschreitet den Sollwert.
Auswirkung des Integralverstärkers
Der Integralverstärker ändert sich mit der Zeit, da der Fehler sich aufsummiert. Dieser Verstärkungsfaktor ändert sich, bis das System den Sollwert erreicht. An diesem Punkt bleibt er stationär, bis der Fehler wieder ansteigt oder abfällt. Der Integralverstärker ist verantwortlich für die langfristige Stabilität. Zu viel Integralverstärkung führt ebenfalls zu Oszillationen.
Auswirkung des Differentialverstärkers
Der Differentialverstärker wird selten verwendet. Dieser Term wird hauptsächlich eingesetzt, um das anfängliche Überschwingen in einem sich schnell ändernden System zu reduzieren. Die werkseitige Voreinstellung für den Differentialverstärker ist null. Die Funktionalität ist jedoch implementiert und verfügbar. Bei Systemen mit erheblicher Verzögerung in der Reaktion auf Reize kann die effektive Nutzung schwierig sein.
Zusammenfassend wird die überwachte Temperatur mit dem Sollwert verglichen, um den Fehler zu bestimmen, und dann werden die P-, I- und D-Algorithmen auf den Fehlerwert angewendet. Die PID-Werte werden addiert, um den Befehl an die Heizung zu bestimmen. Die Ausgabe ändert die überwachte Temperatur, und der Zyklus wiederholt sich.
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