III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Для снижения энергопотребления в системах контроля параметров микроклимата в жилых помещениях (температуры, влажности, освещенности) необходимо использовать средства автоматического регулирования данных параметров. Комплекс средств регулирования, как правило, состоит из датчиков параметров микроклимата, системы обработки данных и исполнительной системы. Датчики параметров микроклимата определяют текущее значение параметров. Система обработки данных определяет величину управляющего сигнала для исполнительной системы, которая тем или иным способом изменяет регулируемые параметры микроклимата.

Для более качественного регулирования параметров используются методы пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулирования.

ПИД-регулятор - устройство, формирующее управляющий сигнал, являющийся суммой трёх сигналов, первый из которых пропорционален входному сигналу, второй пропорционален интегралу от входного сигнала, третий - производной  от входного сигнала. Работа ПИД-регулятора заключается в поддержании заданного значения x₀ некоторой величины x с помощью изменения другой величины u. Значение x₀ называется уставкой, а разность e = (x₀ - x) - невязкой или рассогласованием.

Пропорциональная составляющая вырабатывает выходной сигнал, противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного значения, наблюдаемому в данный момент времени. При использовании только пропорционального регулятора значение регулируемой величины никогда не стабилизируется на заданном значении. Чем больше коэффициент усиления, тем меньше статическая ошибка, однако при слишком большом коэффициенте усиления могут начаться автоколебания и система может потерять устойчивость.

Для устранения статической ошибки используют интегральную составляющую. Если система не испытывает внешних возмущений, то через некоторое время регулируемая величина стабилизируется на заданном значении, сигнал пропорциональной составляющей будет равен нулю, а выходной сигнал будет полностью обеспечивать интегральная составляющая.

Дифференциальная составляющая противодействует предполагаемым отклонениям регулируемой величины. Эти отклонения могут быть вызваны внешними возмущениями или запаздыванием воздействия регулятора на систему.

Постоянно растущие требования рынка к качественным показателям систем автоматического регулирования параметров мироклимата инициируют появление множества новых модификаций ПИД-регуляторов. Например, если решается задача смешивания газовых компонентов в заданных пропорциях,  используется регулятор отношений; если модель объекта известна, то можно использовать регулятор со специальной структурой в виде внутренней модели; для управления объектами с большой транспортной задержкой используют регуляторы под названием предиктор Смита, содержащий блоки для предсказания поведения объекта через некоторое время; для управления нелинейными и сложными системами, а также при недостаточной информации об объекте управления используются ПИД-регуляторы, построенные с помощью методов нечеткой логики, нейронных сетей и генетических алгоритмов.