Regolazione Pwm Unità Terminali Impianto Di Riscalscamento Mediante Pid

[mauro tafuro]

Salve,

sono nuovo del forum di conseguenza nel caso in cui alcuni miei termini tecnici non siano adeguati prego di scusarmi.

Ho la seguente problematica che vorrei risolvere con l'implementazione di un controllore di tipo PID ma per il quale non riesco a cavarne fuori la metodologia pratica da applicarvi.

Mi spiego meglio con un esempio: all'interno di una qualsiasi stanza di un edificio sono presenti delle unità terminali di un impianto di riscaldamento (es. ventilconvettore). Per ogni stanza conosco la temperatura attuale, la temperatura esterna, l'irraggiamento. Ogni utente avrà la possibilità di settare una nuova temperatura (Set Point). Ora vorrei implementare un controllore di tipo PID che in funzione delle variabili in ingresso mi regoli l'accensione e lo spegnimento dell'unità terminale al fine di condurre la stanza al raggiungimento del set point desiderato nel modo più efficiente possibile. La tipologia di attuazione non è altro che simulante un metodo PWM ovvero conoscendo il periodo del fenomeno andare a fornire il duty cycle di accensione e spegnimento della macchina al fine di ottenere il risultato in modo efficiente. Per far ciò vorrei realizzare un PID che in ingresso abbia i valori sopra menzionati ovvero temperatura attuale, la temperatura esterna, l'irraggiamento della stanza ed in uscita il PWM ottimale.

Le problematiche sono 2:

1) come faccio a determinare i parametri del PID secondo il metodo di Ziegler Nicols dato che rischierei di modificare significativamente la temperatura della stanza periodicamente con le persone all'interno, e comunque quale sarebbe il gradino da utilizzare? Vorrei trovare un metodo empirico non troppo invasivo che mi possa permettere di individuare tali parametri in modo corretto per quanto possibile..esiste a vostro parere?

2) come determinare il duty cycle del pwm partendo dalla determinazione di P,I,D?..ovviamente la retroazione del sistema è rappresentata dalla misurazione della temperatura della stanza

Mi scuso per la farraginosità della domanda ma se foste così gentili almeno da inidrizzarmi su un qualcosa di utile e magari ache di semplice per risolvere il mio problema vi sarei grato.

Saluti

[Livio Orsini]

Il tuo non mi sembra un approccio adatto ad un regolatore PID.

Un regolatore PID considera solo 2 variabili: il valore di consegna ed il valore della variabile da controllare; la differenza tra i due valori determina l'errore. La correzione è la somma della correzione istantanea (coefficiente proporzionale), correzione a regime (coefficiente integrale o RESET come dicono in USA perchè azzera l'errore) ed una correzione sulla derivata dell'andamento della variabile nel tempo.

Altri parametri come irraggiamento, temperatura esterna, etc. non possono entrare nel calcolo.

Per fare questo è indispensabile approcciare la regolazione modellizzando il sistema ed usando un osservatore.

Da almeno una ventina di anni per queste regolazioni (temperature) su usano con successo regolatori basati su logiche Fuzzy.

Anche il metodo tutto o niente, che ipotizzi, non è il migliore per raggiungere un risultato decente. meglio sarebbe variare la portata del ventil cnvettore, oppure modulare la temperatura dell'elemento riscaldante.

[mauro tafuro]

Gentile livio,

Grazie per la tua risposta..in realta il pid che vorrei realizzare dovrebbe essere come lo descrivi tu..nel senso che la variabile da inseguire è il set point di temperatura e la retroazione dovrebbe essere la temperatura misurata... temperatura esterna, irraggiamento sono delle variabili esterne ..per ogni combinazione di questa dovrei determinare i parametri pid "della situazione"..in altre parole al verificarsi ad esempio di temperatura esterna pari a 18 e 20 dovrei avere a parita du irraggiamento due pid diversi in termini di costanti. ..cio mi permetterebbe di applicare il pid specifico in funzione della situaxione esterna. .in altre parole per ogni situazionr esterna significativo determinare paranetri pid ed applicarli al verificarsi della condizione esterna..è un idea un po errata? Grazie mauro

[Livio Orsini]

A parer mio non è una buona idea.

I parametri del regolatore si ottimizzano in base alle caratteristiche fisiche del processo, come sensibilità, tempo di risposta, etc.

Tieni anche presente che ci sono disturbi notevoli nel tuo sistema come, ad esempio, l'apertura di porte e finestre, il numero di pesone nella stana (una persona irraggia per circa 10 W), accensione e spegnimenti di apparecchiature elettriche, luci, e via elencando.

Al più puoi arrangiare la componente derivativa per un'influenza differente.

[mauro tafuro]

Gentile Livio,

cosa intendi con "Al più puoi arrangiare la componente derivativa per un'influenza differente"

Grazie

Mauro

[Livio Orsini]

E' un problema spiegarlo perchè le implicazioni sono qausi senza limiti.

Di regola la componente derivativa viene sommata alla correzione totale; il suo contributo si somma o si sottrae al proporzionale ed all'integrale, accelerando (se tutto funziona bene) l'andata a regime del sistema.

Un "regoliere" esperto che conosce bene il processo, a volte usa la derivata, proprio come derivata della variabile controllata, per modificare o influenzare differentemente le componenti proporzionali e/o integrali.

Nel mio tutorial ci dovrebbe essere un'esempio di questa applicazione differente, ma a solo scopo esemplificativo.

[mauro tafuro]

Provo a rispondere a quanto segnalato ammettendo la mancanza di informazioni precedentemente postate, e nel caso in cui anche la seguente risposta pecchi di informazioni vi chiedo di segnalarmelo.

Il sistema di controllo dovrà essere ancora realizzato ed il progetto è in fase di sviluppo. Provo a descrivere il sistema nel suo insieme e poi arrivo nel dettaglio della problematica controllistica.

Si sta sviluppando un sistema di telegestione costituito da un insieme di termostati wi-fi (uno per ogni locale all'interno dell'edificio da telegestire). Ogni termostato sarà applicato all'unità terminale presente all'interno della stanza. Il termostato dovrà essere in grado di gestire qualsiasi tipo di elemento terminale perciò radiatore, ventilconvettore e se fosse possibile anche i vari circuiti di un impianto radiante a pavimento, in poche parole dovrà adattarsi al tipo di elemento terminale presente. Inoltre sottolineo come all'interno del termostato è presente un microcontrollore a 16 bit, ed inoltre all'interno del termostato sarà presente un sensore di irraggiamento digitale e sonda di temperatura. Infine all'interno del termostato è presente un relè in grado di aprire o chiudere un contatto pulito che si dovrà collegare sull'alimentazione del ventilconvettore o sull'elettrovalvola del radiatore (non vi è possibilità di agire sulle ventole avendo un unico relè). In tal senso l'unica possibilità di interazione con l'elemento radiante è relativa all'interruzione dell'alimentazione.

La fonte di calore allo stesso modo dovrà poter essere di qualsiasi tipo (caldaia, chiller,etc).

Partendo da questo presupposto siamo nella fase di dover scegliere un algoritmo di controllo che possa permettere di regolare l'afflusso energetico al terminale radiante nel modo più efficiente possibile. Dando evidenza di scarsa cultura pratica nell'ambito di controlli automatici avevo ipotizzato di scegliere come controllore un PID, per ogni condizione esterna in termini di combinazione di Testerna ed Irraggiamento. Di tale controllore PID si è ipotizzato di determinare le costanti (T,Kp,Kd,Ki) necessarie al fine di effettuare una regolazione PWM di afflusso di energia al terminale radiante.

Sottolineo come questa è stata solo un ipotesi, probabilmente del tutto sballata, ed infatti proprio per questo mi sono permesso di scrivere sul forum in modo da chiedervi una dritta sul fatto che la scelta fatta potesse essere corretta ma da approfondire o diversamente del tutto sballata. Sotto questo punto di vista se potete darmi indicazioni anche su altre tipologie da applicare in relazione a quanto spero di aver chiarito vi sarei grato onde evitare di perdere tempo in approfondimenti sul PID magari inutili.

Infine sottolineo come attualmente il termostato non potrà essere applicato sulla fonte di calore a meno chè in relazione a quanto spiegato possiate darmi qualche utile suggerimento.

Sperando di essere stato più chiaro vi saluto e vi ringrazio

Mauro

[Livio Orsini]

Dipende dall'elemnto radiante.

Se hai possibilità o meno di modulare temperatura e circolazione d'aria di un termoconvettore puoi agire sulle due variabili.

Se hai dei normali radiatori a circolazione d'acqua calda agisci sulle valvole dei radiatori.

Comunque non è un problema di automazione industriale, ma un problema di termotecnica.

Dovresti prima farti una cultura sui sistemi di riscaldamento per individuare la strategia migliore; poi in base alla strategia scelta si va sull'algoritmo più confaciente.

Di solito, in questi casi, le regolazioni più "grossolane" e semplici son quelle che danno i risultati migliori.