Электронная система управления двигателем (ЭСУД) от А до Я: расшифровка, диагностика и распиновка

На чтение 8 мин. Просмотров 5.5k.

Сегодня подавляющее количество автомобилей, выпускающихся во всем мире, оборудованы ЭСУД. Это позволяет сделать работу двигателя более эффективной, а саму езду на автомобиле более безопасной и комфортной. Бензиновый мотор или дизельный – не важно.

ЭСУД что такое, расшифровка

ЭСУД – электронная система управления двигателем. Представляет собой комплект электронно-вычислительного оборудования, отвечающего за работу только двигателя или двигателя вместе с другими системами легковой машины. По сути это автомобильный бортовой компьютер.

Виды систем

ЭСУД делятся на два типа, имеющие свои преимущества и недостатки:

1. В первом случае, который часто называют английской аббревиатурой ECM (Engine Control Module), компьютер управляет только мотором.
2. Во втором, ECU (Electronic Control Unit), он отвечает за все системы машины: двигатель, подвеску и т. д.

ВАЖНО! Общий для всех систем блок применяется чаще, поскольку это упрощает внутреннее устройство автомобиля с конструктивной точки зрения и удешевляет сборку. То есть, проще провести все провода от всех датчиков в одно место, чем устанавливать их в разные места.

С другой стороны, единый блок – менее безопасный вариант, чем «раздельные зоны ответственности» для разных систем. Его неисправность отразится на работе всех механизмов машины в то время как отдельные блоки работают независимо друг от друга. Например, тормозная система может сработать корректно при неисправности управления или двигателя.

Единый блок управления состоит из следующих элементов:

• Моторно-трансмиссионный блок.
• Блок контроля тормозной системы.
• Центральный блок управления.
• Синхронизационный блок.
• Блок контроля кузова.
• Блок контроля подвески.

Где находится ЭСУД

В подавляющем большинстве случаев ЭСУД, точнее – ЭБУ (электронный блок управления), находится под приборной панелью. В разных моделях автомобилей он может находиться по центру или в районе руля. Как правило, добраться до него достаточно просто с помощью обычной отвертки. Такое расположение сделано для облегчения доступа. Визуально как отечественный, так и зарубежный ЭБУ представляет собой небольшой (обычно размером примерно с две ладони) плоский ящик с гнездами для проводов.

Устройство ЭСУД

Поскольку электронная система управления двигателем это, по сути, компьютер, технически она устроена примерно так же, как стандартный ПК. Система помнит базовые установки, заложенные производителем и следит за соблюдением этих параметров в процессе работы двигателя.

На техническом уровне блок состоит из:

• Постоянного запоминающего устройства (ППЗУ). Это память, которая содержит базовый алгоритм управления мотором. Его можно изменить вручную. При отключении двигателя установки не удаляются.
• Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Память, которая обрабатывает оперативные данные, поступающие от систем: соответствие заданным в ППЗУ параметрам, ошибки и т.п. Устройство имеет дополнительный источник питания – от аккумулятора, поэтому оно может сохранять данные, даже если прерывать питание.
• Электрически программируемое запоминающее устройство (ЭРПЗУ). Память, где хранятся коды противоугонной системы. Также отвечает за функционирование иммобилайзера.

Принцип работы ЭСУД

Главная задача системы – эффективная работа движка. Она на основании получаемой от различных узлов информации она регулирует крутящий момент, мощность и другие показатели в зависимости от режима работы мотора, комплектации ЭСУД и ее типа (самые популярные – м20, м73, м74, м86).

Стандартные режимы мотора, которые различает ЭСУД:

• Запуск и прогревание.
• Холостой ход.
• Движение, торможение.
• Смена передач.

Схема источников, от которых получает данные ЭСУД, зависит от модели авто и его комплектации. Обычно это датчики: положения коленвала, фаз, расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости, положения дроссельной заслонки, скорости, кислорода и детонации.

Кроме того, ЭСУД постоянно проводит самодиагностирование, также на основе показателей датчиков.

Диагностика

Помимо автоматической проверки корректности функционирования ЭСУД, специалисты рекомендуют проводить регулярное диагностирование системы. В среднем обслуживание стоит делать каждые 15 тыс км пробега. Диагностика ЭСУД проводится с помощью специального тестера, подключаемого в специальный разъем. Иногда используется беспроводной адаптер, использующий специальный протокол.

ВАЖНО! Лучше всего, если показатели будут расшифровываться специалистом, который на основании полученных данных может сделать вывод – какой конкретно элемент ЭСУД барахлит. После предварительных выводов, проводится более точная проверка вызывающего подозрения элемента.

Перед проведением тестов с помощью сканера, надо проверить питание системы и ее отдельных фрагментов. Причиной неисправности может быть поврежденная электропроводка, короткие замыкания, коррозия, различные помехи.

Неисправности и их причины

Выявление неисправностей ЭСУД можно начинать после обнаружения ряда признаков. Во-первых, при включении зажигания все лампочки сигнализатора системы должны загореться одновременно, таким образом система проверяет свой диагностический механизм. После запуска двигателя все должны одновременно потухнуть. Если какая-то из них загорается во время движения, это сигнализирует о проблемах в ДВС. В лучшем случае система может отключить двигатель, чтобы избежать тяжелых поломок. Список негативных ситуаций, в которым ведет неисправность ЭСУД, велик – может воздушить система охлаждения, не работать печка или термостат.

ВАЖНО! ЭСУД – тонкая система, поэтому описание проблем, которые могут случиться с электроникой может занять много времени.

В основном причинами неисправностей бывают:

• Поломка датчиков, отправляющих в ЭСУД данные.
• Поломки в самом блоке управления.
• Поломки исполнительных устройств системы управления (рост сопротивления, обрыв обмотки электромагнитного клапана и т.д.).
• Повреждение электропроводки.
• Вмешательство посторонних в устройство электронных систем, вследствие чего могло произойти нарушение их целостности.

Часто ЭСУД ломается из-за механических повреждений. Это может быть не обязательно удар, для причинения вреда системе хватит сильной вибрации. Далее по проценту вероятности повреждения ЭСУД следуют: резкий перепад температур, коррозия, попадание влаги под защитный кожух из-за разгерметизации устройства. Также нередко корректная работа системы нарушается из-за некомпетентного вмешательства в ее функционирование.

Ремонт системы можно доверять только специалистам.

Типовые значения параметров ЭСУД

Типовые значения параметров системы зависят от множества факторов. В первую очередь – от марки авто. На них также влияет влажность, температура окружающей среды и т.д. Таблицы типовых параметров для конкретных марок авто, с помощью которых осуществляется идентификация ЭСУД, можно найти в интернете.

Очистка памяти контроллера ЭСУД

Функция сброса памяти используется для обнуления накопившихся в ЭСУД данных. Это полезно делать при замене датчиков, если требуется его перепрошивать или если автомобиль начал странно себя вести без видимых причин. Если не удалось найти эту функцию в меню ЭСУД, очищать память можно с помощью специального программного обеспечения, доступного в интернете. Процедура удаляет данные, накопившиеся при самообучении системы и возвращает заводские настройки. Проводится при выключенном двигателе.

Распиновка

Распиновка (распайка) – процесс определения принадлежности провода и разъема к тому или иному процессу, его назначение. Например, информация про кислород может приходить по одному кабелю, про охлаждение – по другому и т.д. В интернете можно найти подробный список расшифровки для самых популярных систем – Бош, Январь, Ителма.

Контроллер ЭБУ

Контроллер электронного блока управления – непосредственно сама плата с микропроцессорами. На практическом уровне разницы между терминами ЭБУ и ЭСУД нет. Отличие в том, что блок – физически коробка с электроникой, а система – это комплекс, включающий блок, датчики и рабочие процессы.

Датчик ЭСУД

Датчики электронной системы – один из главных ее элементов, от них зависит связь между механизмами и ЭБУ, качество управления движком. При профилактическом тестировании ЭСУД надо внимательно проверять соединение и сами датчики на все возможные повреждения (механические, от перегрева или коррозии и т.д.).

Главное реле

Главное реле системы запускает большинство процессов: в том числе электропитание датчиков, реле бензонасоса и вентилятор радиатора охлаждения двигателя, катушек зажигания и форсунок (инжектора). Главное реле защищает предохранитель.

Таблица масс ЭСУД в различных автомобилях

Массой в ЭСУД обычно выступает корпус машины. Если какой-то из контактов с массой теряет надежность, электросхема нарушается, качество работы системы падает. Например, двигатель начинает произвольно менять режим работы, набирая или сбрасывая обороты без участия водителя. Чтобы справиться с такой проблемой, надо знать места заземления ЭСУД.

Модели	Точки заземления
Семейство АвтоВАЗ 2108-9 и 13-15 1.	Масса ЭСУД берется с двигателя, с болтов, крепящих заглушку с правой стороны головки блока. В контроллерах BOSCH 7.9.7 или Январь 7.2, масса берется со шпильки, крепящей каркас центральной консоли приборной панели к тоннелю пола (внутри центральной консоли, под пепельницей).
Семейство ВАЗ 2110-12, 1,5L.	С болтов на левой стороне головки блока.
Семейство ВАЗ 2114, 21124 1,6L.	Контроллеры BOSCH 7.9.7 или Январь 7.2. Масса на четыре катушки зажигания с болта М6, масса на ЭСУД – со шпильки на кронштейне крепления ЭБУ, слева. На шпильку – от моторного щита. Здесь возможны проблемы, надо подтянуть постоянно разбалтывающуюся гайку.
Нива с контроллером Bosch MP 7.0.	С болтов, крепящих заглушку, на месте распределителя зажигания – трамблера.
Нива с контроллером Bosch М 7.9.7.	Масса берется с кузова, со шпилек его крепления. Частая проблема – клемма намного толще, чем нужно для равномерного прижатия корончатой шайбы к кузову.
Шевроле Нива с контроллером Bosch MP 7.0.	Масса берется с двигателя, со шпилек М8 в его нижней левой части, под модулем зажигания.
Приора	С на крепления ЭБУ (на кронштейне).
Калина	Контакт для массы находится справа на двигателе, на кронштейне крепления впускного коллектора.
Модельный ряд 2104-07.	Старые контроллеры. Масса берется с болта, притягивающего кронштейн крепления модуля зажигания к мотору.
Газель с двигателем 405, 406	С приварной шпильки на площадке над правым лонжероном, под свесом моторного щита.
УАЗ Патриот с Микас 11 Е2	Контакт от кузова через приварную шпильку в нижней части левого брызговика.

Электронная система управления двигателем авто

Существует огромное количество систем управления двигателей и их модификаций. Рассмотрим различные варианты ЭСУД, которые когда-либо устанавливались на серийно выпускаемые автомобили.

Что это такое

ЭСУД — электронная система управления двигателем или по-простому компьютер двигателя. Она считывает данные с датчиков двигателя и передает указания на исполнительные системы. Нужна, что двигатель работал в оптимальном режиме и сохранял нормы токсичности и потребления топлива. Обзор приведём на примере инжекторных автомобилей ВАЗ. Разобьем ЭСУД на группы.

Производители

Для автомобилей ВАЗ использовались системы управления двигателем компаний Bosch, General Motors и отечественного производства. Если хотите заменить деталь системы впрыска, например производства Bosch, то это невозможно, т.к. детали невзаимозаменяемые. А отечественные запчасти иногда аналогичны деталям иностранного производства.

Разновидности контроллеров

На Вазовских машинах можно встретить следующие типы контроллеров:

• Январь 5 — производство Россия;
• M1.5.4 — производство Bosch;
• МР7.0 — производство Bosch;

Кажется, что контроллеров немного. Но, контроллер M1.5.4 для системы без нейтрализатора не подходит для системы с нейтрализатором. Они считаются невзаимозаменяемыми. Контроллер МР7.0 для системы «Eвpo-2» не может быть установлен на автомобиль «Евро-3». Хотя установить контроллер МР7.0 для системы «Eвpo-3» на автомобиль с экологическими нормами токсичности «Евро-2» возможно, но потребуется перепрошить программное обеспечение.

Типы впрыска

Можно разделить на систему центрального (одноточечного) и распределенного (многоточечного) впрыска топлива. В системе центрального впрыска форсунка подает топливо во впускной трубопровод перед дроссельной заслонкой. В системах распределенного впрыска каждый цилиндр имеет свою форсунку, которая подает топливо непосредственно перед впускным клапаном.

Системы распределенного впрыска разделяются на фазированные и не фазированные. В не фазированных системах впрыск топлива может осуществляться или всеми форсунками в одно время или парами форсунок. В фазированных системах впрыск топлива осуществляется последовательно каждой форсункой.

Нормы токсичности

В разные времена собирались автомобили, которые соответствовали в России требованиям стандартов по токсичности отработавших газов от «Евро-0» до «Евро-5». Автомобили «Евро-0» выпускаются без нейтрализаторов, системы улавливания паров бензина, датчиков кислорода.

Отличить машину в комплектации «Евро-3» от «Евро-2» можно по наличию датчика неровной дороги, внешнему виду адсорбера, а также по числу датчиков кислорода в выпускной системе двигателя. С введением норм «Евро-3» их стало 2 — до и после катализатора.

Определения и понятия

Контроллер — главный компонент электронной СУД. Оценивает информацию от датчиков о текущем режиме работы двигателя, выполняет достаточно сложные вычисления и управляет исполнительными механизмами.

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) — преобразует значение массы воздуха, поступающего в цилиндры мотора, в электрический сигнал. Считает количество воздуха во впускном тракте.

Датчик скорости — преобразует скорость автомобиля в электрический сигнал.

Датчик кислорода — преобразует значение концентрации кислорода в отработавших газах после нейтрализатора в электрический сигнал. Ещё один датчик стоит до нейтрализатора и называется управляющим.

Датчик неровной дороги — преобразует величину вибрации кузова в электрический сигнал.

Датчик фаз — его сигнал информирует контролер, что поршень первого цилиндра находится в ВМТ (верхняя мертвая точка) на такте сжатия топливовоздушной смеси.

Датчик температуры охлаждающей жидкости — преобразует температуру охлаждающей жидкости в электрический сигнал. Следит за перегревом мотора.

Датчик положения коленвала — преобразует угловое положение коленвала в электрический сигнал.

Датчик положения дроссельной заслонки — преобразует значение угла открытия дроссельной заслонки в электрический сигнал.

Датчик детонации — преобразует величину механических шумов двигателя в электрический сигнал.

Модуль зажигания — элемент системы зажигания, накапливающий энергию для воспламенения смеси в двигателе и обеспечивает высокое напряжение на электродах свечи зажигания.

Форсунка — обеспечивает дозирование топлива в цилиндры двигателя.

Регулятор давления топлива — система топливоподачи, обеспечивающая постоянство давления топлива в подающей магистрали.

Адсорбер — система улавливания паров бензина.

Модуль бензонасоса — обеспечивает избыточное давление в топливной магистрали авто.

Топливный фильтр — элемент системы топливоподачи, фильтр тонкой очистки.

Нейтрализатор — для снижения токсичности выхлопных газов. В результате химической реакции с кислородом в присутствии катализатора оксид углерода, углеводороды СН и окислы азота превращаются в азот, воду, а также в двуокись углерода.

Диагностическая лампа — информирует водителя о наличии неисправности в СУД.

Диагностический разъем — для подключения диагностического оборудования.

Регулятор холостого хода — для поддержания холостого хода, который регулирует подачу воздуха в двигатель.

ЭБУ что это такое? Электронный блок управления двигателем автомобиля

ЭБУ – электронный блок управления двигателем автомобиля, его другое название – контроллер. Он принимает информацию от многочисленных датчиков, обрабатывает ее по особым алгоритмам и, отталкиваясь от полученных данных, отдает команды исполнительным устройствам системы.

Электронный блок управления является составным звеном бортовой сети автомобиля, он ведет постоянный обмен данными с другими компонентами системы: антиблокировочной системой, автоматической коробкой передач, системами стабилизации и безопасности автомобиля, круиз-контролем, климат-контролем.

Обмен информацией ведется посредством CAN-шины, которая объединяет все электронные и цифровые системы современного автомобиля в одну сеть.

Благодаря такому подходу можно оптимизировать работу двигателя: расход топлива, подачу воздуха, мощность, крутящий момент и др.

Основными функциями ЭБУ являются:

• управление и контроль за впрыском топлива в инжекторных двигателях;
• контроль за зажиганием;
• управление фазами газораспределения;
• регулировка и поддержание температуры в охлаждающей системе двигателя;
• контроль за положением дроссельной заслонки;
• анализ состава выхлопных газов;
• контроль за работой системы рециркуляции отработанных газов.

Кроме того на контроллер поступает информация о положении и частоте вращения коленчатого вала, текущей скорости движения транспортного средства, о напряжении в бортовой сети автомобиля. Также ЭБУ оснащен системой диагностики и в случае обнаружения каких-либо неполадок или сбоев информирует о них владельца посредством кнопки Check-Engine.

Каждая ошибка имеет свой код и эти коды сохраняются на запоминающем устройстве.

При проведении диагностики специалисты подключают к контроллеру через разъем сканирующее устройство, на экран которого выводятся все коды ошибок, а также информация о состоянии двигателя.

Устройство электронного блока управления двигателем.

Контроллер представляет из себя электронную плату с микропроцессором и запоминающим устройством, заключенную в пластиковый или металлический корпус. На корпусе имеются разъемы для подключения к бортовой сети автомобиля и сканирующему устройству. ЭБУ обычно устанавливается либо в подкапотном пространстве, либо в переднем торпедо со стороны пассажира, за бардачком. В инструкции обязательно должно быть указано место расположения контроллера.

Для нормального функционирования в блоке управления применяется несколько типов памяти:

• ППЗУ – программируемое постоянное запоминающие устройство – здесь содержатся основные программы и параметры работы двигателя;
• ОЗУ – оперативная память, используется для обработки всего массива данных, сохранения промежуточных результатов;
• ЭРПЗУ – электрически репрограммируемое запоминающее устройство – применяется для хранения различной временной информации: коды доступа и блокировки, а также считывает информацию о пробеге, времени работы двигателя, расходе топлива.

Программное обеспечение ЭБУ состоит из двух модулей: функционального и контрольного. Первый отвечает за прием данных и их обработку, отправляет импульсы на исполняющие устройства. Контрольный модуль отвечает за корректность входящих сигналов от датчиков и в случае обнаружения каких-либо расхождений с заданными параметрами проводит корректирующие воздействия, либо полностью блокирует работу двигателя.

Внести изменения в программное обеспечение ЭБУ можно только в авторизованных сервисных центрах.

Необходимость в перепрограммировании может возникать при проведении чип-тюнинга двигателя для повышения его мощности и улучшения технических характеристик. Провести данную операцию можно только при наличии сертифицированного программного обеспечения. Однако, производители автомобилей очень неохотно делятся данной информацией, поскольку не в их интересах, чтобы пользователи самостоятельно изменяли настройки.

Ремонт и замена ЭБУ.

Если контроллер выходит из строя или работает некорректно, то прежде всего это отображается в провалах в работе двигателя, а иногда и в полной его блокировке. Check Engine может постоянно высвечивать ошибку, которую невозможно удалить. Основные причины выхода ЭБУ из строя это:

• перегрузка, воздействие короткого замыкания;
• влияние внешних факторов – влага, коррозия, удары, вибрация.

Кроме того любой микропроцессор перегревается, если система охлаждения выходит из строя.

Ремонт, равно как и замена блока управления обойдутся не дешево. Оптимальным вариантом будет приобретение нового блока. Чтобы его подобрать, нужно знать все параметры машины. Важно также правильно произвести настройку. ЭБУ будет нормально функционировать при условии, что на него поступают сигналы от всех датчиков и поддерживается нормальный уровень напряжения в сети.

Загрузка…

Поделиться в социальных сетях

Неполадка электронного блока управления двигателем (ЭБУ, ЭСУД, контролёр)

         Электронный блок управления двигателем, сокращенно (ЭБУ, ЭСУД, контролёр)         представляет собой электронное устройство, которое используя различные сигналы от датчиков двигателя, управляет составом и количеством подаваемого топлива в двигатель. Имея встроенную систему диагностики, он может распознавать неполадки в работе системы, предупреждая о них водителя через контрольную лампу (Check engine). Кроме того, он хранит диагностические коды, указывающие области неисправности, чтобы помочь специалистам в проведении ремонта.

 

Признаки неисправности Электронного блока управления двигателем:

— Отсутствие сигналов управления форсунками, зажиганием, бензонасосом, клапаном или механизмом холостого хода, другими исполнительными механизмами.
— Отсутствие реакции на Лямбда — регулирование, датчик температуры, датчик положения дроссельной заслонки и т. д.
— Отсутствие связи с диагностическим прибором.
— Физические повреждения (сгоревшие радиоэлементы, проводники).

Электронный блок управления двигателем (ЭБУ, ЭСУД, контролёр) Вы можете приобрести у нас !

НЕ ТОРМОЗИ  —  ПОКУПАЙ ДЕШЕВЛЕ ! ! !

Причины возникновения неисправностиЭлектронного блока управления двигателем:

1. Неквалифицированное вмешательство в электрику автомобиля при установке сигнализаций и проведения ремонта.
2. «Прикуривание» от машины с работающим двигателем.
3. «Переполярность» при подключении аккумуляторной батареи.
4. Снятие клеммы аккумуляторной батареи на работающем двигателе.
5. Включение стартера с отсоединенной силовой шиной;
6. Попадание электрода при проведении сварочных работ на датчики или проводку автомобиля.
7. Попадание воды в ЭСУД.
8. Обрыв или замыкание проводки.
9. Неисправность высоковольтной части системы зажигания: катушки, провода, распределитель

         Диагностика ЭБУ представляет собой чтение ошибок, записанных в памяти контролёра. Чтение выполняется с помощью спец оборудования: ПК, шлейф и т.д. через диагностическую К-линию. Так же можно обойтись и бортовым компьютером, который имеет функции чтения ошибок ЭСУД.

         Контроллер ЭБУ хранит диагностические коды, указывающие области неисправности, чтобы помочь специалистам в проведении ремонта.

Если ЭСУД вышел из строя вследствие возникшей проблемы в электропроводке или исполнительном механизме, простая замена может ничего не дать, кроме двух, трех и т.д. сгоревших блоков.

         Чтобы узнать, какой контролер стоит на вашем автомобиле, придётся снять боковой каркас консоли панели приборовавтомобиля . Запомнить номер вашего ЭБУ и найти его среди представленных таблиц.

 

Электронный блок управления двигателем (ЭБУ, ЭСУД, контролёр) Вы можете приобрести у нас !

НЕ ТОРМОЗИ  —  ПОКУПАЙ ДЕШЕВЛЕ ! ! !

 

Вам, так же будет полезна информация : Разновидности электронных систем управления двигателем ЭСУД (ЭБУ, контролёров), которые устанавливаются на разные модели автомобиля семейства ВАЗ.

Вам, так же будет полезна информация : Как самостоятельно заменить электронный блок управления двигателем (ЭБУ, ЭСУД, контролёр) на автомобиле семейства ВАЗ.

Если не нашли интересующий Вас ответ, то задайте свой вопрос! Мы ответим в ближайшее время.

Не забудьте поделиться со своими друзьями и знакомыми найденной информацией, т. к. она им тоже может понадобится — просто нажмите одну из кнопок социальных сетей.

Что такое ЭБУ (ECU): электронный блок управления

Современный автомобиль невозможно представить без множества электронных систем. Развитие и активное внедрение электроники в конструкцию ДВС привело к тому, что работу двигателя контролирует электронный блок управления двигателем ECU (ЭБУ). Модули подобного типа также имеют название контроллер. Как сам бензиновый или дизельный  мотор, так и другие системы транспортного средства управляются посредством специальных блоков управления.

Рекомендуем также прочитать статью об устройстве системы смазки ДВС. Из этой статьи вы узнаете о видах систем смазки двигателя и основных составляющих элементах в конструкции системы смазки. 

Содержание статьи

Бортовая сеть и CAN-шина

ЭБУ взаимодействует с различными датчиками, которые отправляют сигналы в блок управления. Далее контроллер производит обработку  полученных данных  по заранее  прописанным алгоритмам. ЭБУ в процессе работы двигателя опирается на информацию от датчиков и посылает ответные команды, которые адресованы исполнительным устройствам, интегрированным в конструкцию ДВС.

Автомобиль имеет так называемую бортовую сеть, в которой главным элементом является ЭБУ. По этой причине блок управления называют компьютером автомобиля, а в среде автолюбителей существует обиходное название «мозги».  Не только двигатель, но и другие системы автомашины имеют собственный контроллер. К таким системам относятся: автоматическая коробка передач, управление подушками безопасности, антиблокировочная система тормозов, система курсовой устойчивости, система климат-контроля и т.д. Каждая из систем имеет свой отдельный электронный модуль: блок управления АКПП,  модуль подушек Airbag, блоки-контроллеры ABS, ESP и т.д. Все модули взаимосвязаны между собой.

Главным в бортовой цепи автомобиля является ЭБУ. Электронный блок управления двигателем ведет постоянный и непрерывный обмен данными с модулями управления других систем. Потоки данных передаются по специальной  CAN-шине. Посредством указанной шины реализовано эффективное объединение всех электронно-цифровых систем автомобиля, что и представляет в итоге единую бортовую сеть.

Тесная взаимосвязь модулей, контроллеров и блоков позволяет максимально оптимизировать работу силового агрегата. Так достигается наилучший показатель расхода топлива, динамично корректируются параметры топливного впрыска и подачи воздуха на впуске. От работы ЭБУ зависит мощность, показатель крутящего момента в том или ином режиме работы двигателя, а также ряд других характеристик.

Какие задачи выполняет ЭБУ двигателем

К базовым функциям блока управления двигателем автомобиля относятся:

ЭБУ получает от датчиков информацию о частоте вращения и положении коленчатого вала двигателя. Контроллер учитывает скорость движения автомобиля, фиксирует данные о напряжении в бортовой сети и т.п.

Как устроен электронный блок управления ДВС

ЭБУ является электронной платой, которая размещается в корпусе из пластика или металла для надежной защиты контроллера. ECU может быть установлен в моторном отсеке или в салоне автомобиля (в области центральной панели со стороны водителя или пассажира). Место установки контроллера зачастую указано в руководстве по эксплуатации.

Электронная плата ЭБУ включает в себя микропроцессор и запоминающие устройства. Также блок управления имеет специальные внешние разъемы на своем корпусе. Обычно таких разъемов два, они представляют собой выведенные наружу корпуса элементы контроллера. Первый разъем позволяет осуществить подключение блока управления к бортовой сети автомашины. Вторым разъемом (диагностический разъем ЭБУ) становится место для подключения сканирующего устройства (сканера).

Электронный блок управления двигателем имеет на своей плате несколько типов памяти. Существует постоянная память, в которой содержатся базовые микропрограммы и записаны ключевые параметры для нормальной работы ДВС. На плате ЭБУ дополнительно присутствует оперативная память, которая позволяет блоку управления  динамично обрабатывать поступающие данные от датчиков, а также кратковременно сохранять определенные результаты.

Еще одним элементом является отдельное запоминающее устройство, в котором хранится временная информация о том, сколько времени проработал ДВС, какой километраж был пройден, количество потребленного топлива, коды блокировок или доступа, коды ошибок двигателя и т.д. Информацию из этого устройства можно удалять (стереть или сбросить код ошибки в ЭБУ).

Программы ЭБУ разделяются на два типа модулей. Присутствует  функциональный и контрольный модуль ПО блока управления двигателем. Функциональный модуль принимает и обрабатывает полученные данные, а также отсылает импульсы на исполняющие устройства. Контрольный модуль следит за тем, чтобы сигналы от датчиков находились в допустимых рамках применительно к заданным изначально параметрам. Если контрольный модуль фиксирует отклонения от прописанных параметров,  но они еще находятся в допустимых пределах, тогда осуществляется коррекция. В случае серьезного сбоя контрольный модуль ЭБУ заблокирует двигатель.

Программное обеспечение ЭБУ поддается коррекции. Блок управления двигателем можно перепрошить, тем самым заменив штатную программу и внеся изменения в базовые настройки и параметры работы силового агрегата. Данный способ получил название чип-тюнинг бензинового или дизельного двигателя.

Сбои и ошибки двигателя записываются в память ЭБУ

ЭБУ имеет встроенную систему диагностики. Если контроллер фиксирует отклонение, ошибку или сбой в работе двигателя, тогда на приборной панели загорается соответствующая пиктограмма (обычно желтого или красного цвета), или же информационная надпись сheck-еngine. Автолюбители в быту данный предупреждающий сигнал определяют как «загорелся чек».

Возникающие ошибки в работе двигателя имеют индивидуальный код. Коды ошибок хранятся в ЭБУ, так как записываются в память запоминающего устройства на плате контроллера. Для диагностики и выявления неисправностей специалисты подключают к блоку управления двигателем специальный сканер через диагностический  разъем ЭБУ. Сканер считывает коды ошибок (расшифровывает) и отображает их на своем дисплее. По этим данным  можно получить представление о том, в каком состоянии  находится мотор и какие имеет неисправности.

Неисправности электронного блока управления двигателем

Блок управления является надежным устройством, но встречаются отдельные случаи его некорректной работы или выхода из строя. Неисправности ЭБУ двигателя могут возникать по следующим причинам:

• короткое замыкание ЭБУ;
• сильный перегрев контроллера;
• воздействие влаги на плату и разъемы;
• коррозия корпуса и разъемов блока управления;
• механическое ударное воздействие, вибрации;

На поломку ЭБУ указывают сбои в работе двигателя при полностью исправных датчиках и системах ДВС, а также с учетом полного исключения других возможных причин. Исправная работа блока управления зависит от нормального напряжения в бортовой сети автомобиля, а также от получения рабочих сигналов от датчиков.

Если ЭБУ вышел из строя, тогда двигатель может работать неустойчиво или с большими провалами на разных режимах работы. Часто двигатель с неисправным ЭБУ оказывается заблокирован. На панели приборов высвечивается ошибка (горит «чек»). Данная ошибка полностью не сбрасывается сканирующими и другими устройствами, или же «чек» снова загорается  после сброса ошибки спустя какое-то время.

В таких случаях необходимо оценить состояние блока управления двигателем. Ремонт ЭБУ возможен и обойдется дешевле, но предпочтительнее осуществить замену ЭБУ на новый полностью исправный блок. Подбирать блок управления двигателем на машину необходимо строго в соответствии с маркой и моделью, типом установленного двигателя и другими важными параметрами конкретного транспортного средства. Дополнительно может потребоваться настройка нового ЭБУ после его установки на автомобиль.

Читайте также

Что такое ЭБУ (ECU) в автомобиле

 

 

Процесс чип-тюнинга заключается в смене программы управления двигателем в электронном блоке управления(ЭБУ). А что такое ЭБУ, как он устроен и за что отвечает — мы рассмотрим в этой статье.

 

С 80-х годов для повышения экологичности и экономичности (и ни для чего другого) вместо карбюратора установили систему впрыска и на форсунку повесили «мозги» — электронный блок управления (ЭБУ), или electronic control unit (ECU). Управлял он впрыском, углом опережения зажигания и подачей воздуха. С тех пор прошло достаточно много времени, и на сегодняшний день в автомобиле легко может находиться около 80 блоков управления самыми разными узлами — от подогрева сидений до системы автоматической парковки.

 

 

 

 

 

 

Электронный блок управления — это герметично закрытая металлическая (в редких случаях — с пластиковой крышкой) коробка в которую идет пара толстых кабелей. В самом блоке, наиболее важными элементами является микроконтроллер и EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory — энергонезависимая память с возможностью перепрограммирования)

 

Микроконтроллер отвечает за обработку сигналов от датчиков по программе, содержащейся в EPROM. В памяти блока находятся так называемые Калибровки — таблицы со значениями по конкретному узлу «что показывает датчик»->»что нужно передать(открыть/закрыть/увеличить/уменьшить)». Как пример — «Если датчик детонации показывает такое-то значение — изменить угол опережения зажигания на такую-то величину».

Програма в EPROM отвечает за использование калибровок и за их обновление. Многие величины не могут быть заложены в память и всегда выдавать эталонный результат — тот же УОЗ будет разным при разном зазоре электрода на свече, поэтому значения постоянно обновляются. Это назвается самообучение блока. 

 

В зависимости от предназначения блоки управления имеют разделение по видам.

 

ECM(Engine Control Module) — модуль, отвечающий за работу двигателя. Ранее его называли ECU — Engine Control Unit, и EMS (Engine management system).

Формирование топливной смеси, время впрыска, зажигание, контроль скорости вращения валов — это его область ответственности. И да, чип-тюнинг мотора затрагивает именно его. Изменения вносятся в значения калибровок и в управляющую программу EPROM, благодаря чему получается исправить некоторые ошибки и недочеты производителя, увеличить мощность и крутящий момент (в основном за счет более точной топливной корректировки из-за исключения работы с 92-м октаном), отключить некоторые экологические функции. Основные датчики, работающие на этот блок — датчик массового расхода воздуха(ДМРВ), датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ) и датчик положения коленчатого вала (ДПКВ) и еще несколько десятков датчиков напрямую или косвенно влияющие на работу двигателя. Например, датчик неровной дороги помогает отличить электронному мозгу детонацию двигателя от вибрации при езде по колдобинам. 

 

 

EBCM(Electronic Brake control module) — электронный блок контроля тормозной системы. Система ABS — Anti-block system управляется именно им. На входе в этот блок подаются значения нажатия педали тормоза, скорость автомобиля, скорость вращения каждого колеса и положение ключа зажигания. Кстати, на большинстве автомобилей именно эта система используется для анализа накачанности колес. По скорости вращения колеса можно определить его радиус, сравнить с эталонным и в случае значительного отклонения от нормы — зажечь лампочку на приборке. 

 

PCM (Powertrain control module) — модуль управления силовой установкой, или передачи крутящего момента на колеса. Отвечает за коробку передач, круиз-контроль, режим овердрайва (переключение на повышенную передачу для повышения экономичности при езде по трассе) и выполняет другие функции по обеспечению корректной работы этого узла.

 

VCM(Vehicle control module) — модуль контроля автомобиля. Отвечает за безопасность — EPS, ACC, ESC и подушки безопасности. Расположен, как правило в середине салона, подальше от источников опасности.

 

BCM(Body control module) — управление сиденьями, стеклоочистителями, стеклоподъемниками, люками в крыше и самими крышами (у кабриолетов) 

 

Самый интересный для чип-тюнинга блок — управления двигателем. Хотя и блок управления коробкой (PCM) тоже вызывает множество вопросов и пожеланий…хотя на самом деле всего один — можно ли сделать так, чтобы автомат перестал «тупить» и не в ущерб надёжности? В большинстве случаев — нельзя. В редких случаях — можно. 

Электронный мозг имеет свои органы восприятия — датчики. Ориентируясь на их показания он принимает решения. Некоторые используют эту возможность для обмана электромозга в своих целях — например, включив в цепь между ЭБУ и датчиком «хитрый» приборчик можно добиться от ЭБУ нужной реакции. Такой подход был весьма оправдан на раннем этапе использования ЭБУ, когда программы были простыми. Подать неверный сигнал, например, с второй лямбды о том, что «катализатор по-прежнему на месте, а вовсе даже не удалён» было простым и дешевым решением. Но сейчас блоки стали гораздо умнее, программы на много порядков усложнились и теперь одновременно анализируется несколько десятков показаний датчиков, строятся тренды и проверяются отклонения. Обмануть мозги внося исправленные данные в один единственный датчик уже невозможно.

 

Всевозможных датчиков, передающих информацию в электромозг автомобиля очень и очень много. Обо всех рассказывать долго, да и в рамках нашей общеобразовательной статьи не нужно. Но о самых главных — мы расскажем.

 

MAT Sensor (Manifold Air temperature) — датчик температуры воздуха впускного коллектора. 

 

 

CTS Sensor (Coolant Temperature Sensor) — датчик температуры охлаждающей жидкости

.

 

CPS Sensor (Camshaft/Crankshaft Position) датчик положения распредвала или коленвала. 

 

KS (Knock Sensor) — датчик детонации

.

 

HO2S (Heated Oxygen Sensor) — датчик кислорода, или лямбда. Обычно их два — первый датчик находится после выпускного коллектора и анализирует количество кислорода в сгоревшей смеси. На основании показаний этого датчика ЭБУ корректирует топливную смесь. Второй датчик кислорода стоит после катализатора и оценивает эффективность его (катализатора) работы. Вторую лямбду пытаются обмануть при помощи всевозможных «обманок» и именно её отключают программисты-чиптюнеры. Если интересно что лучше — обманка или программное отключение катализатора, то советуем почитать этот материал) 

 

 

TPS (Throttle Position Sensor) — ДПДЗ — датчик положения дроссельной заслонки

 

VSS (Vehicle Speed Sensor) — датчик скорости.

 

MAP Sensor (Manifold Absolute Pressure) — ДАД — датчик абсолютного давления. 

 

MAF Sensor (Mass Air Flow) — ДМРВ — датчик массового расхода воздуха.

 

Что такое ЭБУ (электронный блок управления ДВС): мозги автомобиля

ЭБУ, что это такое и какие функции он выполняет в устройстве автомобиля? Наверняка многие не слышали даже такое название.

Совершенствование автомобиля сопровождается интенсивным развитием его электронных систем управления. Одна из важнейших – система управления работы двигателя или, как ее называют, Engine Control Unit.

В качестве мозга этой системы используются блоки управления двигателем внутреннего сгорания — ЭБУ. В них запрограммированы все алгоритмы. На основании их осуществляется управление процессами, происходящими в силовой установке большинства современных автомобилей.

Именно в электронный блок управления (ЭБУ) поступают сигналы от многочисленных датчиков системы. Они обрабатываются и затем перенаправляются на ее исполнительные органы.

В результате алгоритмизации процессов достигается высокая степень оптимизации всех рабочих параметров силового агрегата в пределах всех режимов его работы. А регулированию подвергается буквально все: мощность мотора, его крутящий момент, топливный расход, качественный состав выхлопных газов, иные качественные параметры.

Программное обеспечение ЭБУ

В силу особенностей конструкции основная масса электронных блоков управления автомобильным двигателем содержит две взаимодополняющие части: аппаратную и программную. В состав аппаратной части ЭБУ входит несколько элементов. Главным является микропроцессор. Он осуществляет обработку всех входящих сигналов согласно заложенной программе с последующей выдачей команд в систему.

Сигналы снимаются с многочисленных датчиков, установленных на двигателе и фиксирующих текущие изменения состояния его работы. Изначально аналоговые сигналы с датчиков поступают в процессор в виде цифровых импульсов после их обработки аналогово-цифровым преобразователем. Вслед за этим, на основании собранной информации, генерируются команды из ЭБУ, исходящие на исполнительные механизмы двигателя.

Софт, обслуживающий работу Engine Control Unit, состоит из двух вычислительных модулей: функционального и контрольного. Задачей функционального модуля является обработка получаемых с датчиков сигналов, генерирование управляющих коррекцией процесса работы двигателя команд и отправкой их на исполняющие устройства.

Эти команды, прежде чем поступить адресату, проходят через контрольный модуль ЭБУ и при необходимости им корректируются в рамках заложенных программными средствами требований и на основании проверки входящих сигналов.

Что немаловажно, так это возможность внесения любых по сложности программных изменений, позволяющих полностью перенастроить работу электронной системы, а значит и системы в целом. Чаще всего необходимость в апгрейде ЭБУ возникает при внесенных в конструкцию двигателя или обслуживающих его систем изменениях.

Нередко необходимость корректировки возникает в связи с выявленными ошибками. В этом случае производится массовый отзыв транспортных средств с исправлением обнаруженных программных недочетов с использованием мощностей официальных дилеров.

Существуют и неофициальные прошивки ЭБУ, которые производятся сторонними компаниями и предлагаются как дополнение к средствам тюнинга двигателя, который у них клиент, желающий усовершенствовать свой автомобиль, заказывает.

Среди причин, которые вызывают необходимость замены программного обеспечения блока управления ДВС, может быть и монтаж на него турбонагнетателя. Оборудования, позволяющего перейти на использование альтернативных видов топлива, иных нововведений, изначально не предусмотренных производителем, но изменяющих характер работы двигателя.

Функции ЭБУ

Обычно среди функций блока управления двигателем выделяется ряд основных, которые ЭБУ призван выполнять, это:

• регулирование процесса топливного впрыска;

• регламентирование ориентации заслонки дросселя, как на рабочем, так и на холостом ходу двигателя;

• координация процесса зажигания;

• управление работой двигателя с оптимизацией состава выхлопных газов;

• контроль и управление возвратом в систему части отработавших газов, их рециркуляция;

• управление процессом рекуперации бензиновых паров;

• контроль над установкой и соблюдением благоприятных для работы двигателя в разных режимах его нагрузки фаз газораспределения;

• контроль над соблюдением температурного режима работы двигателя с его корректировкой.

В процессе работы, электронный блок ЭБУ, управляет двигателем интенсивно обмениваясь информацией с остальными электронными системами автомобиля. Тем самым координируя при поступлении соответствующих данных работу мотора.

В наиболее продвинутых моделях автомобилей в качестве информационных доноров ЭБУ могут выступать модули управления комплексом систем активной и пассивной безопасности автомобиля, автоматической коробкой передач, адаптивной подвеской, системами повышения комфорта.

Для стандартизации режима обмена данными все управляющие процессы между совокупностью разнородных по назначению электронных систем осуществляются через CAN-шину (Controller Area Network).

Поделитесь информацией с друзьями:

Что такое контроллер? — Определение с сайта WhatIs.com

К

Контроллер в вычислительном контексте — это аппаратное устройство или программа, которая управляет или направляет поток данных между двумя объектами. В вычислениях контроллерами могут быть карты, микрочипы или отдельные аппаратные устройства для управления периферийным устройством. В общем смысле, контроллер можно рассматривать как нечто или что-то, что взаимодействует между двумя системами и управляет связью между ними.

Вот несколько примеров контроллеров:

Графическая карта — это карта с интегральной схемой в компьютере или, в некоторых случаях, монитор, обеспечивающий цифро-аналоговое преобразование, видеопамять и видеоконтроллер, чтобы данные можно было отправлять на дисплей компьютера.

Игровой контроллер — это устройство ввода для игр.

Сетевая карта (NIC) — это компьютерная печатная плата или карта, которая устанавливается в компьютер для подключения к сети.

Интерфейсная карта WAN (WIC) — это специализированная сетевая карта, которая позволяет устройствам подключаться к глобальной сети.

Контроллер флэш-памяти — это часть флэш-памяти, которая взаимодействует с хост-устройством и управляет каталогом флэш-файлов.

Контроллер доставки приложений — это сетевое устройство центра обработки данных, которое помогает управлять подключениями клиентов к сложным веб-приложениям и корпоративным приложениям.

Контроллер управления основной платой (BMC) — это специализированный служебный процессор, который отслеживает физическое состояние компьютера, сетевого сервера или другого аппаратного устройства с помощью датчиков и связывается с системным администратором через независимое соединение.

Пограничный контроллер сеанса (SBC) — это устройство или приложение, которое управляет способом, которым вызовы, также называемые сеансами, инициируются, проводятся и завершаются в сети VoIP (передача голоса по Интернет-протоколу).

Основной контроллер домена (PDC) и резервный контроллер домена (BDC) — это роли, которые могут быть назначены серверу для управления доступом к набору сетевых ресурсов (приложениям, принтерам и т. Д.) Для группы пользователей.

Последнее обновление: октябрь 2012 г.

9.2: P, I, D, PI, PD и ПИД-регулирование

Как и многие инженерные системы, ПИД-регуляторы можно моделировать в Excel с помощью численных методов, таких как метод Эйлера. Сначала начните с начального значения данного параметра. Определите изменение этого параметра на определенном временном шаге, суммируя три контроллера P, I и D на этом этапе, которые находятся с использованием уравнений, перечисленных в разделе P, I, D, PI, PD, PID Control выше. . Возьмите это изменение, умножьте его на выбранный временной шаг и добавьте его к предыдущему значению интересующего параметра.Для получения более подробной информации см. Численное решение ОДУ в Excel. Пример проблемы химической инженерии, в которой используется этот метод, можно увидеть в Примере 4 ниже.

Устранение неполадок при моделировании ПИД-регулирования в Excel

При настройке электронной таблицы Excel для моделирования ПИД-регулятора вы можете получить сообщение об ошибке о том, что вы создали циклическую ссылку. Допустим, вы контролируете расход одного реагента (\ (B \)) в реактор, который зависит от концентрации другого реагента (\ (A \)), уже находящегося внутри реактора.Ваши уравнения ПИД-регулятора выглядят следующим образом:

\ [FB = 1 + K_ {c} \ left [\ left (A-A _ {\ mathrm {set}} \ right) + \ frac {1} {\ tau_ {i}} \ int \ left (A- A _ {\ mathrm {set}} \ right) d t + \ tau_ {d} \ frac {d \ left (A-A _ {\ mathrm {set}} \ right)} {dt} \ right] \ nonumber \]

и

\ [x_ {i} = \ frac {d \ left (A-A _ {\ mathrm {set}} \ right)} {d t} \ nonumber \]

После настройки столбцов для \ (A — A_ {set} \), \ (d (A — A_ {set}) / dt \), \ (x_i \) и ячеек для ваших параметров, таких как \ (K_c \), \ (\ tau_i \) и \ (\ tau_d \), вам нужно будет настроить свой столбец PID с вашим уравнением PID в нем.После ввода уравнения в первую ячейку столбца PID может появиться сообщение об ошибке «Циркулярная ссылка» при попытке перетащить уравнение в другие ячейки столбца.

Вы можете сделать две вещи:

1. Вероятно, вам нужно начать уравнение PID во второй или третьей ячейке столбца PID. Введите разумные значения в первую пару ячеек перед тем, как начать уравнение ПИД, и вы обнаружите, что эти значения не должны влиять на конечный результат вашего контроллера.
2. Вы также можете попробовать уменьшить размер шага (\ (Δt \)).

Сводные таблицы

Краткое изложение преимуществ и недостатков трех элементов управления показано ниже и показано в таблице 1.

Таблица 1. Преимущества и недостатки средств управления

Руководство по типичному использованию различных контроллеров показано ниже в Таблице 2.

Таблица 2. Типичное применение контроллеров P, I, D, PI и PID

Краткое изложение определений терминов и символов показано ниже в Таблице 3.

Таблица 3. Определения терминов и символов.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Компания

Hypothetical Industries только что назначила вас ответственным за один из своих реакторов периодического действия. Ваша задача — придумать способ поддержания заданного уровня внутри реактора. Ваш босс хочет использовать какой-нибудь регулятор регулятора, но он не совсем уверен, какой из них использовать. Помогите своему боссу найти контроллер подходящего типа. Чрезвычайно важно, чтобы уровень внутри реактора находился на заданном уровне.Большие колебания и ошибки недопустимы.

Решение

Вы хотели бы использовать ПИД-регулятор. Благодаря действию P-регулятора система очень быстро отреагирует на изменение. Благодаря действию I control система может вернуться к заданному значению. Наконец, поскольку для системы очень важно оставаться на постоянном заданном значении, D-контроль будет измерять изменение ошибки и помогать соответствующим образом отрегулировать систему.

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Вы возвращаетесь в старшую школу и замечаете духовку на своем старом уроке химии.Духовка используется для удаления воды из растворов. Используя свои знания из ChE 466, вы начинаете задаваться вопросом, какой тип контроллера использует духовка для поддержания заданной температуры. Вы замечаете, что некоторые старшеклассники хотят учиться, и решаете поделиться с ними своими знаниями в надежде вдохновить их стать инженерами-химиками. Объясните им тип контроллера, который, скорее всего, находится в духовке, и как этот контроллер работает.

Решение

Поскольку печь используется только для удаления воды из раствора, колебания, погрешности и запаздывание между заданной точкой и фактической температурой допустимы.Поэтому самым простым и простым в использовании контроллером будет контроллер включения-выключения. Контроллер включения-выключения включает механизм нагрева, когда температура в духовке ниже заданной температуры. Если температура духовки поднимется выше установленной, контроллер отключит нагревательный механизм.

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Воспользовавшись вашим советом, начальник компании Hypothetical Industries решает установить ПИД-регулятор для контроля уровня в реакторе периодического действия.Когда вы впервые запускаете реактор, контроллер изначально получил ступенчатый вход. Когда реактор переходит в устойчивое состояние, уровень в реакторе имеет тенденцию колебаться, посылая импульсные входы в контроллер. Для импульсного входа предоставьте графическое представление выхода ПИД-регулятора.

Рисунок 8. Импульсный вход.

Решение

Выход ПИД-регулятора будет представлять собой комбинацию выходов регулятора только P, только I и только D. Аналогично выходу П-регулятора для ступенчатого входа, выход П-регулятора для импульсного входа будет точно напоминать вход.

Рисунок 9. Выход П-регулятора для импульсного входа.

Выход I-контроллера представляет собой область под графиком входов. В отличие от пошагового входа, площадь под графиком импульсного входа уменьшалась до нуля после прохождения импульса. Следовательно, вместо того, чтобы постоянно увеличиваться, выходной график I-контроллера в конце концов выровняется.

Рисунок 10. Выход I-контроллера для импульсного входа.

Выход D-контроллера представляет собой производную входного графика. Производная на первом разрыве графика будет положительной бесконечностью.Производная второго разрыва вниз — отрицательная бесконечность.

Рисунок 11. Выход D-контроллера для импульсного входа.

Комбинируя качественные характеристики всех трех графиков, можно определить выход ПИД-регулятора для импульсного входа.

Рисунок 12. Выход ПИД-регулятора для импульсного входа.

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

При определении устойчивости ПИД-регулятора возможны различные виды помех. Эти различные нарушения используются для имитации изменений, которые могут произойти в вашей системе.Для реактора CSTR вы решаете нагреть систему, чтобы учесть холодную погоду. Нарушение температуры на входе — это нарушение линейного изменения, как показано на рисунке №. Если контроллер реагирует на температуру на входе, каким будет выход ПИД-регулятора?

Рисунок 13. Ввод рампы.

Решение

Используя контроллер только с контроллером p-only, мы увидим пропорциональное изменение на выходе контроллера, соответствующее изменению входной переменной.См. Рисунок 14 ниже

Рисунок 14. Выход П-регулятора для входа рампы.

Используя I-only контроллер, мы увидим контроллер, соответствующий области под графиком, которая в этом случае, кажется, увеличивается экспоненциально с геометрической формой рампы.

Рисунок 15. Выход I-контроллера для входа рампы.

Используя контроллер D-only, мы увидим ступенчатую реакцию на возмущение рампы. Это связано с тем, что D-компонент соответствует производной, а входной сигнал линейного изменения показывает постоянный наклон (в данном случае положительный), который отличается от наклона начального условия (обычно нулевой).См. Рисунок 16.

Рисунок 16. Выход D-контроллера для входа рампы.

При использовании ПИД-регулятора все три компонента начинают действовать на выходе регулятора. Как и следовало ожидать, результатом будет простое добавление трех отдельных графов компонентов.

Рисунок 17. Выход D-контроллера для входа рампы.

Пример \ (\ PageIndex {6} \)

Ниже приводится P&ID процесса A + B -> C.

Рисунок 18. P&ID для процесса реакции.

Каково выражение ПИД-регулятора на V3, регулирующем объем в TK001 до заданного значения 50 литров? Примечание. ПИД-регулятор использует LC1 для измерения объема.

Решение

Общее уравнение для ПИД-регулятора:

\ [c (t) = K_ {c} \ left [e (t) + \ frac {1} {T_ {i}} \ int e (t) d t + T_ {d} \ frac {de} { dt} \ right] + C \ nonumber \]

где

• \ (c (t) \) = выход контроллера
• \ (K_c \) = коэффициент усиления контроллера
• \ (e (t) \) = ошибка
• \ (T_i \) = время интегрирования
• \ (T_d \) = производная постоянная времени
• \ (C \) = начальное значение контроллера

Следовательно, для этого примера решение:

\ [F _ {\ mathrm {out}} = offse t + K_ {c} \ left [\ left (V_ {1} -V _ {\ mathrm {set}} \ right) + \ frac {1} {T_ { i}} \ int \ left (V_ {1} -V _ {\ mathrm {set}} \ right) d t + T_ {d} \ frac {d \ left (V_ {1} -V _ {\ mathrm {vet} } \ right)} {dt} \ right].\ nonumber \]

Пример \ (\ PageIndex {6} \)

В этой задаче будут определены дифференциальные уравнения, описывающие конкретную систему первого порядка с ПИД-регулятором. Это сделано, чтобы показать, как четко определенные системы могут быть смоделированы или объяснены математически. В качестве дополнения к этой проблеме посетите Constructing Block Diagrams. Обратите внимание, что это пример решения с использованием интегро-дифференциальных операторов, а не преобразований Лапласа. Здесь мы установили \ (K_p = 1 \).{t} d \ tau + \ tau_ {D} \ frac {d} {d t} \ right] \ nonumber \]

Решение: Используйте Построение блок-схем в качестве справочного материала при решении этой проблемы.
Система определения уравнений,

• Процесс: τ _p Y ‘( t ) + Y ( t ) = X ( t )
• Контроллер: X ( t ) = G ε ( t )
• Компаратор: ε ( t ) = R ( t ) — M ( t )
• Размер: M ( т ) = Y ( т )

Когда эти уравнения объединяются в одно уравнение, получается следующее уравнение. {\ prime} (t) + R (t) \]

Вышеупомянутое уравнение затем можно решить вручную или с помощью такой программы, как Mathematica.При использовании компьютерной программы можно выбрать разные значения для параметров управления K _c , τ _I , τ _D , а реакцию на изменение в системе можно оценить графически.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Какой тип контроллера отображается в приведенном ниже уравнении?

\ [c (t) = K_ {c} \ left [e (t) + \ frac {1} {T_ {i}} \ int e (t) d t \ right] \ nonumber \]

1. Прямая связь
2. PID
3. Производная
4. Пропорционально-интегральный

Ответ

д

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Какой тип контроллера повышает стабильность системы, поддерживая постоянные настройки?

1. Производная
2. Пропорциональный
3. Вкл / Выкл
4. Интегральный

Ответ

а

Упражнение \ (\ PageIndex {3} \)

Какой тип контроллера увеличивает скорость отклика для достижения желаемой уставки быстрее всего при устранении смещения?

1. Вкл / Выкл
2. Пропорциональный
3. Интегральный
4. Пропорционально-интегральная

Ответ

д

Лаборатория микробиологии обнаружила новый смертельно опасный штамм бактерий P.Вулфи, в городском водопроводе. Чтобы стерилизовать воду, бактерии необходимо уничтожить нагреванием при температуре 105 градусов Цельсия. Однако это выше точки кипения воды при 1 атм, и бактерии чувствительны к нагреванию только в жидкости из-за образования спор в газе или паре. Для выполнения этой стерилизации было предложено использовать автоклав, чтобы поддерживать воду в жидком состоянии, поддерживая ее под давлением 5 атм при нагревании в течение 30 секунд. Автоклав может выдерживать давление только до 7 атм перед взрывом, поэтому, чтобы гарантировать, что процесс идет в соответствии с желаемыми спецификациями, модель ПИД-регулятора должна быть создана в Excel.См. Рисунок 18 для визуального представления системы.

Рисунок 18: Автоклава с ПИД-регулированием температуры и давления

Щелкните по этой ссылке, чтобы просмотреть разработанное решение Excel

.

Пояснение:

Чтобы смоделировать реальную ситуацию изменения давления в системе, столбец B вызывает уравнение для генерации случайных колебаний давления. Pset — это просто желаемая спецификация. Ошибка — это разница между установленным давлением и измеренным сигналом. du / dt — это сумма членов P, I и D.Уравнения, используемые для расчета каждого из них, можно найти в статье, они учитывают ошибку, связанную с каждым временным шагом. dU / dt — это параметр, который варьируется для корректировки разницы между измеренным давлением и желаемым давлением.

Работа, типы, преимущества и применение

Как следует из названия, эта статья даст точное представление о структуре и работе ПИД-регулятора. Однако, вдаваясь в подробности, давайте познакомимся с ПИД-регуляторами.ПИД-регуляторы находят широкое применение в управлении производственными процессами. Примерно 95% операций с обратной связью в секторе промышленной автоматизации используют ПИД-регуляторы. ПИД означает пропорционально-интегрально-производная. Эти три контроллера объединены таким образом, что вырабатывает управляющий сигнал. В качестве контроллера обратной связи он обеспечивает управляющий выход на желаемых уровнях. До изобретения микропроцессоров ПИД-регулирование реализовывалось с помощью аналоговых электронных компонентов.Но сегодня все ПИД-регуляторы обрабатываются микропроцессорами. Программируемые логические контроллеры также имеют встроенные инструкции ПИД-регулятора. Из-за гибкости и надежности ПИД-регуляторы традиционно используются в приложениях для управления технологическими процессами.

Что такое ПИД-регулятор?

Термин PID обозначает пропорциональную интегральную производную и представляет собой один из видов устройств, используемых для управления различными параметрами процесса, такими как давление, расход, температура и скорость в промышленных приложениях.В этом контроллере устройство обратной связи контура управления используется для регулирования всех переменных процесса.

Этот тип управления используется для управления системой в направлении целевого местоположения, в противном случае — на уровне. Он почти везде используется для контроля температуры и используется в научных процессах, автоматизации и бесчисленном количестве химических веществ. В этом контроллере обратная связь с обратной связью используется для поддержания реального выхода метода, близкого к цели, в противном случае выход в фиксированной точке, если это возможно.В этой статье обсуждается конструкция ПИД-регулятора с используемыми в них режимами управления, такими как P, I и D.

История

История ПИД-регулятора такова. В 1911 году Элмер Сперри разработал первый ПИД-регулятор. После этого в TIC (Taylor Instrumental Company) был внедрен бывший пневматический контроллер с полной настройкой в ​​1933 году. Спустя несколько лет инженеры по управлению устранили ошибку установившегося состояния, которая обнаруживается в пропорциональных контроллерах, путем перенастройки конца на какое-то ложное значение до тех пор, пока ошибка не станет равной нулю.

Эта перенастройка включала ошибку, известную как пропорционально-интегральный контроллер. После этого, в 1940 году, был разработан первый пневматический ПИД-регулятор посредством производного действия для уменьшения проблем с перерегулированием.

В 1942 году компания Ziegler & Nichols ввели правила настройки, чтобы инженеры обнаруживали и устанавливали подходящие параметры ПИД-регуляторов. Наконец, в середине 1950-х годов автоматические ПИД-регуляторы получили широкое распространение в промышленности.

Блок-схема ПИД-регулятора

Система с обратной связью, такая как ПИД-регулятор, включает в себя систему управления с обратной связью.Эта система оценивает переменную обратной связи, используя фиксированную точку, чтобы генерировать сигнал ошибки. Исходя из этого, он изменяет вывод системы. Эта процедура будет продолжаться до тех пор, пока ошибка не достигнет нуля, в противном случае значение переменной обратной связи станет эквивалентным фиксированной точке.

Этот контроллер дает хорошие результаты по сравнению с контроллером типа ВКЛ / ВЫКЛ. В контроллере типа ВКЛ / ВЫКЛ доступны всего два условия для управления системой. Когда значение процесса ниже фиксированной точки, оно включается.Точно так же он выключится, когда значение будет выше фиксированного значения. Выходной сигнал нестабилен в контроллерах такого типа и часто колеблется в районе фиксированной точки. Однако этот контроллер более устойчив и точен по сравнению с контроллером типа ВКЛ / ВЫКЛ.

Работа ПИД-регулятора

Работа ПИД-регулятора

При использовании недорогого простого контроллера ВКЛ-ВЫКЛ возможны только два состояния управления, например, полностью ВКЛЮЧЕНО или полностью ВЫКЛЮЧЕНО. Он используется для приложения с ограниченным управлением, где этих двух состояний управления достаточно для цели управления.Однако колебательный характер этого управления ограничивает его использование, и поэтому он заменяется ПИД-регуляторами.

ПИД-регулятор поддерживает выходной сигнал таким образом, чтобы при операциях с обратной связью не было ошибки между переменной процесса и уставкой / желаемым выходом. PID использует три основных режима управления, которые описаны ниже.

П-контроллер

Пропорциональный или П-регулятор выдает выходной сигнал, пропорциональный текущей ошибке e (t). Он сравнивает желаемое или заданное значение с фактическим значением или значением процесса обратной связи.Полученная ошибка умножается на пропорциональную константу, чтобы получить результат. Если значение ошибки равно нулю, то этот выход контроллера равен нулю.

P-controller

Этот контроллер требует смещения или ручного сброса при использовании отдельно. Это потому, что он никогда не достигает стационарного состояния. Он обеспечивает стабильную работу, но всегда поддерживает установившуюся ошибку. Скорость отклика увеличивается при увеличении пропорциональной постоянной Kc.

Ответ P-контроллера

I-Controller

Из-за ограничений p-контроллера, где всегда существует смещение между переменной процесса и уставкой, необходим I-контроллер, который обеспечивает необходимые действия для устранения установившейся ошибки.Он интегрирует ошибку за период времени, пока значение ошибки не достигнет нуля. Он содержит значение для конечного устройства управления, при котором ошибка становится равной нулю.

ПИ-регулятор

Интегральное управление уменьшает свой выходной сигнал при возникновении отрицательной ошибки. Это ограничивает скорость ответа и влияет на стабильность системы. Скорость отклика увеличивается за счет уменьшения интегрального усиления Ki.

Реакция ПИ-регулятора

На приведенном выше рисунке, когда коэффициент усиления I-регулятора уменьшается, установившаяся ошибка также продолжает уменьшаться.В большинстве случаев используется ПИ-регулятор, особенно там, где не требуется высокая скорость реакции.

При использовании ПИ-регулятора выход I-регулятора ограничен некоторым диапазоном, чтобы преодолеть условия интегральной намотки, когда интегральный выход продолжает увеличиваться даже в состоянии нулевой ошибки из-за нелинейностей в установке.

D-контроллер

I-контроллер

не может предсказать будущее поведение ошибки. Таким образом, он нормально реагирует на изменение уставки.D-контроллер преодолевает эту проблему, предвидя будущее поведение ошибки. Его выход зависит от скорости изменения ошибки по времени, умноженной на производную константу. Это дает толчок для выхода, тем самым увеличивая отклик системы.

ПИД-регулятор

На приведенном выше рисунке ответ D, контроллер больше по сравнению с ПИ-регулятором, а также время установления выхода уменьшено. Это улучшает стабильность системы за счет компенсации фазовой задержки, вызванной I-контроллером.Увеличение производного усиления увеличивает скорость отклика.

Отклик ПИД-регулятора

Итак, наконец, мы заметили, что, комбинируя эти три контроллера, мы можем получить желаемый отклик для системы. Разные производители разрабатывают разные алгоритмы ПИД-регулирования.

Типы ПИД-регуляторов

ПИД-регуляторы

подразделяются на три типа: двухпозиционные, пропорциональные и стандартные. Эти контроллеры используются на основе системы управления, пользователь может использовать контроллер для регулирования метода.

Управление ВКЛ / ВЫКЛ

Двухпозиционный метод управления — это простейший тип устройства, используемого для регулирования температуры. Выход устройства может быть включен / выключен без центрального состояния. Этот контроллер включит выход сразу после того, как температура пересечет фиксированную точку. Контроллер предельного значения — это один из видов контроллеров ВКЛ / ВЫКЛ, в которых используется фиксирующее реле. Это реле сбрасывается вручную и используется для отключения метода при достижении определенной температуры.

Пропорциональное управление

Контроллер этого типа предназначен для устранения цикличности, связанной с управлением ВКЛ / ВЫКЛ.Этот ПИД-регулятор снижает нормальную мощность, подаваемую на нагреватель, когда температура достигает фиксированной точки.

Этот контроллер имеет одну функцию для управления нагревателем, чтобы он не превышал фиксированную точку, но достигал фиксированной точки для поддержания постоянной температуры.
Это пропорциональное действие может быть достигнуто путем включения и выключения выхода на короткие периоды времени. На этот раз при дозировании изменится соотношение времени включения и выключения для регулирования температуры.

ПИД-регулятор стандартного типа

Этот тип ПИД-регулятора объединяет пропорциональное управление через интегральное и производное управление, чтобы автоматически помогать устройству компенсировать изменения в системе. Эти модификации, интеграл и производная выражаются в единицах измерения, основанных на времени.

Эти контроллеры также обозначаются своими обратными значениями RATE & RESET соответственно. Условия PID должны быть настроены отдельно, в противном случае они должны быть настроены для конкретной системы методом проб и ошибок.Эти контроллеры обеспечивают наиболее точное и устойчивое управление 3 типами контроллеров.

ПИД-регуляторы реального времени

В настоящее время на рынке доступны различные типы ПИД-регуляторов. Эти контроллеры используются для требований промышленного управления, таких как давление, температура, уровень и расход. После того, как эти параметры управляются с помощью ПИД-регулятора, можно выбрать использование отдельного ПИД-регулятора или любого ПЛК.
Эти отдельные контроллеры используются везде, где требуется проверка одного или двух контуров, а также управления иным образом в условиях, когда это сложно справа от входа в более крупные системы.

Эти устройства управления предоставляют различные варианты управления соло и двойным контуром. ПИД-контроллеры автономного типа обеспечивают несколько конфигураций с фиксированной точкой для создания нескольких автономных сигналов тревоги.
Эти автономные контроллеры в основном включают ПИД-регуляторы от Honeywell, регуляторы температуры от Yokogawa, контроллеры автонастройки от OMEGA, Siemens и контроллеры ABB.

ПЛК

используются как ПИД-контроллеры в большинстве приложений промышленного управления. Расположение блоков ПИД может быть выполнено внутри PAC или PLC, чтобы предоставить лучший выбор для точного управления PLC.Эти контроллеры умнее и мощнее по сравнению с отдельными контроллерами. Каждый ПЛК включает блок ПИД в программном обеспечении.

Методы настройки

Перед тем, как ПИД-регулятор заработает, он должен быть настроен в соответствии с динамикой контролируемого процесса. Разработчики предоставляют значения по умолчанию для терминов P, I и D, и эти значения не могут дать желаемой производительности и иногда приводят к нестабильности и снижению производительности управления.Для настройки ПИД-регуляторов разработаны различные типы методов настройки, которые требуют от оператора большого внимания для выбора наилучших значений пропорционального, интегрального и производного коэффициентов усиления. Некоторые из них приведены ниже.

ПИД-регуляторы

используются в большинстве промышленных приложений, но необходимо знать настройки этого регулятора, чтобы правильно настроить его для генерации предпочтительного выходного сигнала. Здесь настройка — это не что иное, как процедура получения идеального ответа от контроллера путем установки наилучшего пропорционального усиления, интегральных и производных коэффициентов.

Требуемый выходной сигнал ПИД-регулятора может быть получен путем настройки регулятора. Существуют различные методы получения требуемого выходного сигнала от контроллера, такие как метод проб и ошибок, метод Цейглера-Николса и кривая реакции процесса. Наиболее часто используемые методы — это метод проб и ошибок, метод Zeigler-Nichols и т. Д.

Метод проб и ошибок: Это простой метод настройки ПИД-регулятора. Пока система или контроллер работают, мы можем настроить контроллер.В этом методе, во-первых, мы должны установить значения Ki и Kd равными нулю и увеличивать пропорциональный член (Kp), пока система не достигнет колебательного поведения. Как только он начнет колебаться, отрегулируйте Ki (интегральный член), чтобы колебания прекратились, и, наконец, отрегулируйте D, чтобы получить быстрый отклик.

Метод кривой реакции процесса: Это метод настройки без обратной связи. Он дает ответ, когда к системе применяется пошаговый ввод. Первоначально мы должны применить некоторый управляющий выход к системе вручную и записать кривую отклика.

После этого нам нужно вычислить крутизну, мертвое время, время нарастания кривой и, наконец, подставить эти значения в уравнения P, I и D, чтобы получить значения усиления членов ПИД.

Кривая реакции процесса

Метод Цейглера-Николса: Цейглер-Николс предложил методы с обратной связью для настройки ПИД-регулятора. Это метод непрерывного цикла и метод затухающих колебаний. Процедуры для обоих методов одинаковы, но поведение колебаний разное. При этом, во-первых, мы должны установить постоянную p-регулятора Kp на конкретное значение, в то время как значения Ki и Kd равны нулю.Пропорциональное усиление увеличивается до тех пор, пока система не будет колебаться с постоянной амплитудой.

Коэффициент усиления, при котором система производит постоянные колебания, называется предельным усилением (Ku), а период колебаний — предельным периодом (Pc). Как только он будет достигнут, мы можем ввести значения P, I и D в ПИД-регулятор по таблице Зиглера-Николса в зависимости от используемого контроллера, например, P, PI или PID, как показано ниже.

Таблица Цейглера-Николса

Структура ПИД-регулятора

ПИД-регулятор

состоит из трех частей: пропорционального, интегрального и производного управления.Совместная работа этих трех контроллеров дает стратегию управления процессом. ПИД-регулятор управляет переменными процесса, такими как давление, скорость, температура, расход и т. Д. Некоторые приложения используют ПИД-регуляторы в каскадных сетях, где два или более ПИД-регуляторов используются для управления.

Структура ПИД-регулятора

На приведенном выше рисунке показана структура ПИД-регулятора. Он состоит из блока PID, который передает свой вывод блоку процесса. Процесс / завод состоит из устройств конечного управления, таких как приводы, регулирующие клапаны и другие устройства управления, для управления различными процессами на производстве / заводе.

Сигнал обратной связи от технологической установки сравнивается с заданным значением или опорным сигналом u (t), и соответствующий сигнал ошибки e (t) подается в алгоритм ПИД. В соответствии с вычислениями пропорционального, интегрального и производного управления в алгоритме, контроллер выдает комбинированный ответ или управляемый выходной сигнал, который применяется к устройствам управления установкой.

Всем приложениям управления не нужны все три элемента управления. Комбинации, такие как элементы управления PI и PD, очень часто используются в практических приложениях.

Приложения

Приложения ПИД-регулятора включают следующее.

Лучшее применение ПИД-регулятора — регулирование температуры, при котором контроллер использует вход датчика температуры, а его выход может быть связан с элементом управления, таким как вентилятор или нагреватель. Как правило, этот контроллер представляет собой просто один элемент в системе контроля температуры. Вся система должна быть исследована, а также учтена при выборе правильного контроллера.

Контроль температуры печи

Как правило, печи используются для обогрева, а также для хранения огромного количества сырья при очень высоких температурах.Обычно занимаемый материал имеет огромную массу. Следовательно, требуется большое количество инерции, и температура материала не изменяется быстро, даже когда применяется большое количество тепла. Эта функция приводит к умеренно стабильному сигналу PV и позволяет производному периоду эффективно корректировать неисправность без резких изменений FCE или CO.

Контроллер заряда MPPT

Вольт-амперная характеристика фотоэлектрического элемента в основном зависит от диапазона температур, а также освещенности.В зависимости от погодных условий ток и рабочее напряжение будут постоянно меняться. Таким образом, чрезвычайно важно отслеживать самые высокие показатели PowerPoint эффективной фотоэлектрической системы. ПИД-регулятор используется для определения точки MPPT, давая ПИД-регулятору фиксированные значения напряжения и тока. После изменения погодных условий трекер поддерживает стабильные ток и напряжение.

Преобразователь силовой электроники

Мы знаем, что преобразователь — это приложение силовой электроники, поэтому ПИД-регулятор в основном используется в преобразователях.Каждый раз, когда преобразователь подключается к системе на основе изменения нагрузки, выходной сигнал преобразователя будет изменен. Например, инвертор связан с нагрузкой; при увеличении нагрузки подается огромный ток. Таким образом, параметр напряжения, а также сила тока нестабильны, но могут изменяться в зависимости от требований.

В этом состоянии этот контроллер будет генерировать сигналы ШИМ для активации IGBT инвертора. В зависимости от изменения нагрузки на ПИД-регулятор подается ответный сигнал, поэтому он выдаст ошибку n.Эти сигналы генерируются на основе сигнала неисправности. В этом состоянии мы можем получить переменный ввод и вывод через аналогичный инвертор.

Применение ПИД-регулятора: управление с обратной связью для бесщеточного двигателя постоянного тока

Интерфейс ПИД-регулятора

Дизайн и интерфейс ПИД-регулятора могут быть выполнены с помощью микроконтроллера Arduino. В лаборатории ПИД-контроллер на базе Arduino разработан с использованием платы Arduino UNO, электронных компонентов, термоэлектрического охладителя, а языки программирования, используемые в этой системе, — C или C ++.Эта система используется для контроля температуры в лаборатории.

Параметры ПИД-регулятора для конкретного регулятора находятся физически. Функция различных параметров ПИД-регулятора может быть реализована за счет последующего контраста между различными формами контроллеров.
Эта система сопряжения может эффективно рассчитывать температуру с погрешностью ± 0,6 ℃, в то время как постоянная температура регулируется путем простого небольшого отклонения от предпочтительного значения. Концепции, используемые в этой системе, обеспечат недорогие, а также точные методы управления физическими параметрами в предпочтительном диапазоне в лаборатории.

Таким образом, в этой статье обсуждается обзор ПИД-регулятора, который включает в себя историю, блок-схему, структуру, типы, работу, методы настройки, интерфейс, преимущества и приложения. Мы надеемся, что смогли предоставить базовые, но точные знания о ПИД-регуляторах. Вот простой вопрос для всех вас. Среди различных методов настройки, какой метод лучше всего использовать для достижения оптимальной работы ПИД-регулятора и почему?

Просим вас дать свои ответы в разделе комментариев ниже.

Фото:

Блок-схема ПИД-регулятора

от wikimedia
Структура ПИД-регулятора, П-регулятор, П — реакция регулятора и ПИД-регулятор от blog.opticontrols
P — ответ регулятора от controls.engin.umich
Ответ PI-контроллера от m.eet
PID Controller ответ от wikimedia
Таблица Цейглера-Николса от controls.engin

ПИД-регулятор

: типы, что это такое и как работает

ПИД-регулятор — это прибор, используемый в промышленных системах управления для регулирования температуры, расхода, давления, скорости и других переменных процесса.Контроллеры PID (пропорциональная интегральная производная) используют механизм обратной связи контура управления для управления переменными процесса и являются наиболее точным и стабильным контроллером.

ПИД-регулирование — это хорошо зарекомендовавший себя способ привести систему к целевому положению или уровню. Это практически повсеместно используется в качестве средства контроля температуры и находит применение в бесчисленных химических и научных процессах, а также в автоматизации.ПИД-регулирование использует обратную связь управления с обратной связью, чтобы поддерживать фактический выходной сигнал процесса как можно ближе к целевому или заданному выходному значению.

Что такое ПИД-регулятор температуры?

ПИД-регулятор температуры, как следует из его названия, представляет собой инструмент, используемый для управления температурой, в основном без значительного участия оператора.ПИД-регулятор в системе контроля температуры принимает датчик температуры, такой как термопара или RD, в качестве входного сигнала и сравнивает фактическую температуру с желаемой контрольной температурой или заданным значением. Затем он предоставит вывод для элемента управления.

Что такое цифровой ПИД-регулятор?

Цифровой ПИД-регулятор считывает сигнал датчика, обычно с термопары или RTD, и связывает измерения с техническими единицами измерения, такими как градусы Фаренгейта или Цельсия, которые затем отображаются в цифровом формате.

История ПИД-регулятора

Первая эволюция ПИД-регулятора была разработана в 1911 году Элмером Сперри. Однако только в 1933 году компания Taylor Instrumental Company (TIC) представила первый пневматический контроллер с полностью настраиваемым пропорциональным контроллером. Несколько лет спустя инженеры по управлению устранили ошибку установившегося состояния, обнаруженную в пропорциональных контроллерах, установив точку на какое-то искусственное значение, пока ошибка не была равна нулю.Этот сброс «интегрировал» ошибку и стал известен как пропорционально-интегральный регулятор. Затем, в 1940 году, компания TIC разработала первый пневматический контроллер ПИД-регулятора с производным действием, который уменьшил проблемы с перерегулированием. Однако только в 1942 году, когда были введены правила настройки Циглера и Николса, инженеры смогли найти и установить соответствующие параметры ПИД-регуляторов. К середине 1950-х годов автоматические ПИД-регуляторы получили широкое распространение в промышленности.

• Продолжайте читать: Как работают ПИД-регуляторы

Пропорциональный контроллер

— обзор

1

Система управления предназначена для регулирования температуры от –10 ° до + 30 ° C.Что такое (а) диапазон, (б) диапазон?

2

Система контроля температуры имеет заданное значение 20 ° C, а измеренное значение — 18 ° C. Что такое (а) абсолютное отклонение, (б) процентное отклонение?

3

Каков коэффициент усиления регулятора температуры с 80% PB, если его входной диапазон составляет от 40 ° C до 90 °, а его выход составляет от 4 мА до 20 мА?

4

Контроллер выдает выходной сигнал в диапазоне от 4 до 20 мА для управления скоростью двигателя в диапазоне от 140 до 600 об / мин.Если скорость двигателя пропорциональна выходному сигналу контроллера, какой будет скорость двигателя, когда выходной сигнал контроллера будет (а) 8 мА, (б) 40%?

5

На рисунке 7.48 показана система управления, предназначенная для поддержания постоянного уровня воды в емкости. В нем используется пропорциональный контроллер с K _p , равным 10. Клапан обеспечивает расход 10 м ³ / ч на процент выхода контроллера, его скорость потока пропорциональна входу контроллера.Если выход контроллера изначально установлен на 50%, какой будет выход из контейнера? Если расход увеличится до 600 м ³ / ч, какой будет выход нового контроллера для поддержания постоянного уровня воды?

Рисунок 7.48. Проблема 5

6

Система управления использует пропорциональный контроллер для управления системой с передаточной функцией K и единичной обратной связью. Какой будет ошибка смещения, если пропорциональный регулятор имеет коэффициент усиления K _p 10 и K = 0.3 и пошаговый ввод 4 ед. Применяется?

7

Система управления использует пропорциональный контроллер для управления системой с передаточной функцией K и единичной обратной связью. Каким должно быть усиление контроллера K _p , чтобы получить ошибку смещения 0,01 единицы, если K = 0,1 и в систему поступает ступенчатый вход в 4 единицы?

8

Эскизные графики, показывающие, как выходной сигнал контроллера будет изменяться со временем для сигнала ошибки, показанного на рисунке 7.49, когда регулятор изначально установлен на 50% и работает как (а) прямо пропорционально с K _p = 5, (b) пропорционально плюс производная с K _p = 5 и K _d = 1,0 с, (c) пропорционально плюс интеграл с K _p = 5 и K ₁ = 0,5 с ⁻¹ .

Рисунок 7.49. Задача 8

9

Используя метод конечного цикла Циглера – Николса для определения оптимальных настроек ПИД-регулятора, колебания начинаются с 30% диапазона пропорциональности и имеют период 11 мин.Какие будут оптимальные настройки для ПИД-регулятора?

10

Используя метод конечного цикла Циглера – Николса для определения оптимальных настроек ПИД-регулятора, колебания начинались с усилением 2,2 с периодом 12 мин. Какие будут оптимальные настройки для ПИД-регулятора?

11

На рисунке 7.50 показан отклик системы в разомкнутом контуре на единичный шаг на выходе контроллера. Используя данные Циглера – Николса, определите оптимальные настройки ПИД-регулятора.

Рисунок 7.50. Проблема 11

12

Система управления с обратной связью имеет ПИД-регулятор с передаточной функцией K _p + ( K _i / s ) + K _d s и каскадно соединяется с процессом, имеющим передаточную функцию 10 / ( с + 5) ( с + 10). Если система имеет единичную обратную связь, какова передаточная функция замкнутой системы?

13

Система управления с обратной связью имеет единичную обратную связь и объект с передаточной функцией 100 / [ с ( с + 0.1 с ) (1 + 0,2 с )]. Построив диаграммы Боде, определите запас по фазе при использовании следующих контроллеров: (a) пропорциональный контроллер с передаточной функцией 1, (b) PD-контроллер с передаточной функцией 1 + 0,5 с .

14

На рисунке 7.51 показана система контроля уровня жидкости и ее представление в виде блок-схемы. Определите, как выходной сигнал будет меняться со временем, если контроллер (а) пропорционален только с пропорциональным усилением 2, (б) интеграл только с интегральным усилением 2.

Рисунок 7.51. Проблема 14

ПИД-регулятор: типы, что это такое и как работает

ПИД-регулятор — это прибор, используемый в приложениях промышленного управления для регулирования температуры, расхода, давления, скорости и других переменных процесса. PID, что означает пропорциональная интегральная производная, контроллеры используют механизм обратной связи контура управления для управления переменными процесса и являются наиболее точным и стабильным контроллером. В этой статье более подробно объясняется, как работает PID.

ПИД-регулирование — это хорошо зарекомендовавший себя способ привести систему к заданному положению или уровню. Это практически повсеместное средство контроля температуры и находит применение в бесчисленных химических и научных процессах, а также в автоматизации. ПИД-регулирование использует обратную связь управления с обратной связью, чтобы поддерживать фактический выходной сигнал процесса как можно ближе к целевому или заданному выходному значению.

Что такое ПИД-регулятор температуры?

ПИД-регулятор температуры, как следует из его названия, представляет собой инструмент, используемый для управления температурой, в основном без значительного участия оператора.ПИД-регулятор в системе контроля температуры принимает датчик температуры, такой как термопара или RD, в качестве входного сигнала и сравнивает фактическую температуру с желаемой контрольной температурой или заданным значением. Затем он предоставит вывод для элемента управления.

Что такое цифровой ПИД-регулятор?

Цифровой ПИД-регулятор считывает сигнал датчика, обычно с термопары или RTD, и связывает измерения с техническими единицами измерения, такими как градусы Фаренгейта или Цельсия, которые затем отображаются в цифровом формате.

История ПИД-регулятора

Первая эволюция ПИД-регулятора была разработана в 1911 году Элмером Сперри. Однако только в 1933 году компания Taylor Instrumental Company (TIC) представила первый пневматический контроллер с полностью настраиваемым пропорциональным контроллером. Несколько лет спустя инженеры по управлению устранили ошибку установившегося состояния, обнаруженную в пропорциональных контроллерах, установив точку на какое-то искусственное значение, пока ошибка не была равна нулю. Этот сброс «интегрировал» ошибку и стал известен как пропорционально-интегральный регулятор.Затем, в 1940 году, компания TIC разработала первый пневматический контроллер ПИД-регулятора с производным действием, который уменьшил проблемы с перерегулированием. Однако только в 1942 году, когда были введены правила настройки Циглера и Николса, инженеры смогли найти и установить соответствующие параметры ПИД-регуляторов. К середине 1950-х годов автоматические ПИД-регуляторы получили широкое распространение в промышленности.

Техническое обучение Техническое обучение

Derivative Controller — обзор

14.4.1 Качество управления

Если параметры ПИД-регулятора (пропорциональные, интегральные и производные) выбраны неправильно, вход управляемого процесса может быть нестабильным; то есть его выход расходится с колебаниями или без них и ограничивается только насыщением или механическим повреждением. Настройка контура управления — это корректировка его параметров управления (усиление / зона пропорциональности, интегральное усиление / сброс, производное усиление / скорость) до лучших значений для желаемой реакции управления.

Хорошее управление процессом начинается в полевых условиях, а не в диспетчерской.Датчики и измерения должны находиться в подходящих местах, а клапаны должны иметь правильный размер с соответствующей регулировкой. Конечные элементы управления, такие как регулирующие клапаны, выполняют изменения, необходимые для управления предпочтительными параметрами процесса, такими как расход, температура, давление, уровень и соотношение. Если приборы в полевых условиях не работают должным образом, нельзя ожидать, что общий контроль процесса будет работать оптимально. Настройка должна быть изменена по мере изменения или ухудшения процесса и оборудования.

Управляемость процесса зависит от коэффициента усиления, который можно использовать. Более высокое усиление обеспечивает лучшее подавление помех и более быструю реакцию на изменения уставки. Преобладающая задержка основана на самой большой задержке в системе. Подчиненное отставание основано на мертвом времени и всех остальных задержках. Максимальный коэффициент усиления, который можно использовать, зависит от отношения преобладающего запаздывания к подчиненному. Из этого соотношения можно сделать два вывода: (1) уменьшение мертвого времени увеличивает максимальное усиление и управляемость, и (2) увеличение отношения самого длинного запаздывания ко второму по величине увеличивает управляемость.В общем, для управления самым жестким контуром усиление динамического регулятора должно быть как можно большим, не вызывая нестабильности контура.

Настройка контроллера требует установки трех констант в алгоритме ПИД-регулятора для обеспечения управляющего воздействия, разработанного для конкретных требований процесса. Производительность контроллера оценивается с точки зрения его реакции на ошибку, степени превышения контроллером заданного значения и степени колебаний системы.Обратите внимание, что использование алгоритма PID для управления не гарантирует оптимального управления системой.

Наилучшая реакция на изменение процесса или изменение уставки зависит от приложения. Некоторые процессы не должны допускать выхода переменной процесса за пределы уставки, если, например, это было бы небезопасно.