Forstå PID-kontroller

Den første vellykkede vurderingen av PID-kontrollteorien ble praktisk talt verifisert innen automatiske styringssystemer for skip, helt tilbake til år 1920. Etter dette ble den anvendt i forskjellige industrielle automatiske proseskontroller som krever optimaliserte og nøyaktige spesifikasjoner for produksjon. For produksjonsenheter ble PID populært implementert for å oppnå presis pneumatisk kontroll, og til slutt ble PID-teorien brukt i elektroniske kontrollere i moderne tid.

Hva er PID Controller

Begrepet PID er forkortelsen for proporsjonal integrert derivatkontroller, som er en tilbakemeldingssløyfemekanisme, designet for å nøyaktig kontrollere forskjellige industrielle kontrollmaskinerier, og mange andre lignende applikasjoner som krever kritiske og automatiserte moduleringskontroller.

For å implementere dette, overvåker en PID-kontroller kontinuerlig systemdriften, og beregner det induserte feilelementet. Den evaluerer deretter denne øyeblikkelige feilverdien i form av forskjell mellom det nødvendige settpunktet (SP) og den målte prosessvariabelen (PV).

Med henvisning til ovennevnte blir en øyeblikkelig og automatisk tilbakemeldingskorrigering utført i form av proporsjonale (P), integrerte (I) og derivative (D) uttrykk, og derav navnet PID-kontroller.

Med enkle ord overvåker en PID-kontroller kontinuerlig arbeidet til et gitt maskinsystem, og fortsetter å korrigere utgangssvaret avhengig av variasjonene forårsaket av ekstern påvirkning, gjennom en spesifisert algoritme. Dermed sikrer den at maskinen alltid fungerer under de angitte ideelle forholdene.

Forstå PID-blokkskjema

En PID-kontroller regnes som et allsidig kontrollsystem på grunn av sin evne til å oppdage og administrere 3 kontrollparametere: proporsjonal, integrert og derivat, og bruke den tiltenkte optimale kontrollen på utgangen med ekstrem nøyaktighet, med referanse til disse 3 parametrene.

Bildet nedenfor viser blokkdiagrammet til PID. Vi kan raskt forstå det grunnleggende prinsippet om å arbeide med en PID ved å referere til dette blokkdiagrammet.

bilde med tillatelse: en.wikipedia.org/wiki/File:PID_en.svg

Her kan vi se et sett med variabler som e (t) som tilsvarer feilverdien, r (t) som tilsvarer det målrettede settpunktet, og y (t) som den målte prosessvariabelen. PID-kontrolleren overvåker feilverdien e (t) gjennom hele driften ved å vurdere forskjellen mellom det tiltenkte settpunktet r (t) eller SP og målt prosessverdi y (t) eller PV, og utfører følgelig en tilbakemeldingskorrigering eller optimalisering ved hjelp av parametrene. nemlig: proporsjonal, integral og derivat.

Kontrolleren fortsetter å gjøre et forsøk på å redusere feileffekten gjennom, ved å justere kontrollvariabelen u (t) til nye verdier basert på den analyserte vektede summen av kontrollbetingelsene (p, I, d).

For eksempel, i driften av en ventilkontroll, kan åpning og lukking av den kontinuerlig varieres av en PID gjennom komplekse vurderinger, som forklart ovenfor.

I det viste systemet kan de forskjellige begrepene forstås som forklart nedenfor:

P- kontroller:

Begrepet P er proporsjonalt med de øyeblikkelige feilverdiene e (t) ervervet ved å vurdere resultatet for SP - PV. I en situasjon når feilverdien har en tendens til å bli stor, blir kontrollutgangen også proporsjonalt større med referanse til forsterkningsfaktoren “K”. Imidlertid kan proporsjonal kontroll ensom i en prosess som krever kompensasjon, for eksempel ved temperaturkontroll, føre til unøyaktigheter over settpunktet og den faktiske prosessverdien, siden den ikke kan fungere tilfredsstillende uten feilmelding for å generere proporsjonal respons. Impliserer at uten feiltilbakemelding er det mulig at korrekt korrigerende svar ikke er mulig.

I- Kontroller:

Begrepet I blir ansvarlig for de tidligere evaluerte verdiene av SP - PV feil, og integrerer dem i løpet av sin operasjonsperiode for å lage begrepet I. For eksempel mens proporsjonal kontroll blir brukt hvis SP - PV produserer en feil, er parameteren I blir aktiv og prøver å avslutte denne gjenværende feilen. Dette skjer faktisk med et kontrollrespons utløst på grunn av kumulativ verdi av feilen registrert på et tidligere tidspunkt. Så snart dette skjer, slutter jeg-termen å øke ytterligere. Dette fører til at proporsjonal effekt tilsvarende minimeres når feilfaktoren avtar, selv om dette også blir kompensert etter hvert som den integrerte effekten utvikler seg.

D- kontroller:

Begrepet D er en mest passende tilnærming utledet for utviklingen av trendene for SP - PV feilen, avhengig av den øyeblikkelige hastigheten på endring av feilfaktoren. Hvis denne endringshastigheten forbedres raskt, implementeres tilbakemeldingskontrollen mer aggressivt, og omvendt.

Hva er PID Tuning

Ovennevnte omtalte parametere kan kreve riktig balansering for å sikre optimal kontrollfunksjon, og dette oppnås gjennom en prosess som kalles 'loop tuning'. De involverte innstillingskonstantene er betegnet som 'K' som vist i følgende trekk. Hver av disse konstantene må avledes individuelt for en valgt applikasjon, siden konstantene er avhengige og varierer i henhold til egenskapene og innflytelsen til de spesifikke eksterne parametrene som er involvert i sløyfen. Disse kan inkludere responsen til sensorene som brukes til å måle en gitt parameter, det endelige strupeelementet, slik som en kontrollventil, en mulig tid som går i sløyfesignalet og selve prosessen etc.

Det kan være akseptabelt å benytte tilnærmede verdier for konstantene ved begynnelsen av implementeringen basert på applikasjonstypen, men dette kan til slutt kreve noen alvorlige finjusteringer og justeringer gjennom praktisk eksperimentering, ved å tvinge endringer i settpunktene og deretter observere responsen til systemkontroll.

Enten en matematisk modell eller i praktisk sløyfe, kan begge ses ved å bruke en 'direkte' kontrollhandling for de angitte vilkårene. Betydning når det oppdages en økning i en positiv feil, initieres en tilsvarende økt positiv kontroll for å kontrollere situasjonen for de involverte vilkårene oppsummert.

Imidlertid kan dette kreves reversert i applikasjoner der utgangsparameteren kan ha en motsatt konfigurert karakteristikk som nødvendiggjør et omvendt korrigerende tiltak. La oss se på eksemplet på en strømningssløyfe der ventilåpningsprosessen er spesifisert for å fungere ved bruk av 100% og 0% utgang, men må kontrolleres med tilsvarende 0% og 100% utgang, i dette tilfellet blir en omvendt korrigerende kontroll viktig. For å være mer presis, bør du vurdere et vannkjølesystem som har en beskyttelsesfunksjon der ventilen må være 100% åpen under et signaltap. I dette tilfellet må kontrollerutgangen være i stand til å endre til 0% kontroll i fravær av et signal, slik at ventilen er i stand til å åpne hele 100%, dette betegnes som 'omvendt virkende' kontroll.

Matematisk modell av kontrollfunksjonen

I denne matematiske modellen betegner alle ikke-negative konstanter Kp, Ki og Kd koeffisienter for henholdsvis proporsjonale, integrale og derivative termer (ved noen anledninger er disse også betegnet P, I og D).

Tilpasse PID-kontrollvilkår

Fra de ovennevnte diskusjonene forsto vi at fundamentalt PID-styringssystem fungerer med tre kontrollparametere, men noen mindre applikasjoner foretrekker kanskje å bruke et par av disse begrepene eller til og med et enkelt begrep ut av de tre begrepene.

Tilpasningen gjøres ved å gjengi det ubrukte begrepet til en nullinnstilling, og inkorporere par ord PI, PD eller enkle termer som P eller I. Blant disse er PI-kontrollerkonfigurasjon mer vanlig siden begrepet D vanligvis er utsatt for støy påvirker og blir derfor eliminert i de fleste tilfeller, med mindre det er strengt obligatorisk. Term I er normalt inkludert siden det sikrer at systemet oppnår den tiltenkte optimale målverdien ved utgangen.