Forståelse af PID-controller

Forståelse af PID-controller

Den første vellykkede vurdering af PID-kontrolteorien blev praktisk taget verificeret inden for automatiske styresystemer til skibe, helt tilbage omkring år 1920. Derefter blev den anvendt i forskellige industrielle automatiske proceskontroller, der krævede optimerede og nøjagtige produktionsoutputspecifikationer. For produktionsenheder blev PID populært implementeret for at opnå præcis pneumatisk kontrol, og i sidste ende blev PID-teorien anvendt i elektroniske controllere i moderne tid.



Hvad er PID-controller

Udtrykket PID er forkortelsen for proportional integreret derivatcontroller, som er en feedback-loopmekanisme, der er designet til nøjagtigt at styre forskellige industrielle kontrolmaskinerier og mange andre lignende applikationer, der kræver kritiske og automatiserede moduleringskontroller.

For at implementere dette overvåger en PID-controller kontinuerligt systemets drift og beregner det inducerede fejlelement. Derefter evalueres denne øjeblikkelige fejlværdi i form af forskel mellem det krævede sætpunkt (SP) og den målte procesvariabel (PV).





Med henvisning til ovenstående udføres en øjeblikkelig og automatisk feedbackkorrektion med hensyn til proportionale (P), integrale (I) og afledte (D) udtryk og dermed navnet PID-controller.

Med enkle ord overvåger en PID-controller kontinuerligt arbejdet i et givent maskinsystem og holder ved med at korrigere dets outputrespons afhængigt af variationerne forårsaget af ekstern påvirkning gennem en specificeret algoritme. Det sikrer således, at maskinen altid fungerer inden for de fastsatte ideelle forhold.



Forståelse af PID-blokdiagram

En PID-controller betragtes som et alsidigt kontrolsystem på grund af dets evne til at detektere og administrere 3 kontrolparametre: proportional, integreret og afledt og anvende den tilsigtede optimale kontrol på output med ekstrem nøjagtighed under henvisning til disse 3 parametre.

Billedet nedenfor viser blokdiagrammet for PID. Vi kan hurtigt forstå det grundlæggende princip for at arbejde med en PID ved at henvise til dette blokdiagram.

PID-blokdiagram

billede med tilladelse: en.wikipedia.org/wiki/File:PID_en.svg

Her er vi i stand til at se et sæt variabler såsom e (t) svarende til fejlværdien, r (t) svarende til det målrettede sætpunkt og y (t) som den målte procesvariabel. PID-styreenheden overvåger i sin drift fejlværdien e (t) ved at vurdere forskellen mellem det tilsigtede sætpunkt r (t) eller SP og den målte procesværdi y (t) eller PV og udfører derfor en feedbackkorrektion eller optimering ved hjælp af parametrene. nemlig: proportional, integreret og afledt.

Styringen fortsætter med at gøre en indsats for at reducere fejleffekten igennem ved at justere kontrolvariablen u (t) til nye værdier baseret på den analyserede vægtede sum af kontroltermerne (p, I, d).

For eksempel kan driften af ​​en ventilstyring kontinuerligt varieres ved åbning og lukning af en PID gennem komplekse vurderinger som forklaret ovenfor.

I det viste system kan de forskellige udtryk forstås som forklaret nedenfor:

P- controller:

Udtrykket P er proportionalt med de øjeblikkelige fejlværdier e (t) opnået ved vurdering af resultatet for SP - PV. I en situation, hvor fejlværdien har tendens til at blive stor, bliver kontroludgangen også forholdsmæssigt større med reference til forstærkningsfaktoren “K”. Men i en proces, der kræver kompensation, f.eks. Ved temperaturregulering, kan proportional kontrol ensom føre til unøjagtigheder på tværs af setpunktet og den faktiske procesværdi, da den ikke kan fungere tilfredsstillende uden en fejlfeedback for at generere det proportionelle respons. Implicerer, at uden korrekt feedback kan korrekt korrigerende svar muligvis ikke være muligt.

I- Controller:

Udtrykket I bliver ansvarlig for de tidligere evaluerede værdier af SP - PV-fejl og integrerer dem i løbet af sin operationelle periode for at oprette udtrykket I. For eksempel mens den proportionale kontrol anvendes, hvis SP-PV producerer en fejl, er parameteren I bliver aktiv og forsøger at afslutte denne resterende fejl. Dette sker faktisk med et kontrolrespons udløst på grund af den kumulative værdi af den fejl, der blev registreret på et tidligere tidspunkt. Så snart dette sker, holder jeg begrebet op med at forbedre sig yderligere. Dette får den proportionale effekt til at minimere tilsvarende, når fejlfaktoren aftager, selvom denne også kompenseres, når den integrerede effekt udvikler sig.

D-controller:

Udtrykket D er en mest hensigtsmæssig tilnærmelse trukket for udviklingen i tendenser for SP-PV-fejlen afhængigt af den øjeblikkelige ændringshastighed for fejlfaktoren. Hvis denne ændringshastighed forbedres hurtigt, implementeres feedbackkontrollen mere aggressivt og omvendt.

Hvad er PID-tuning

Ovenstående diskuterede parametre kan kræve korrekt afbalancering for at sikre optimal kontrolfunktion, og dette opnås gennem en proces kaldet “loop tuning”. De involverede tuningkonstanter er betegnet som “K” som vist i de følgende fradrag. Hver af disse konstanter skal afledes individuelt for en valgt applikation, da konstanterne strengt afhænger af og varierer alt efter karakteristika og påvirkninger af de specifikke eksterne parametre, der er involveret i sløjfen. Disse kan omfatte responsen fra de sensorer, der er anvendt til måling af en given parameter, det sidste reguleringselement, såsom en kontrolventil, en mulig tid, der går i sløjfesignalet, og selve processen osv.

Det kan være acceptabelt at anvende tilnærmede værdier for konstanterne ved starten af ​​implementeringen baseret på anvendelsestypen, men dette kan i sidste ende kræve en seriøs finjustering og tilpasning gennem praktisk eksperimentering ved at tvinge ændringer i sætpunkter og efterfølgende observere svaret fra systemkontrol.

Uanset om det er en matematisk model eller i praktisk sløjfe, kan begge ses ved hjælp af en 'direkte' kontrolhandling i de angivne termer. Betydning når en stigning i en positiv fejl opdages, initieres en tilsvarende øget positiv kontrol for at kontrollere situationen for de involverede vilkår opsummeret.

Imidlertid kan dette kræves omvendt i applikationer, hvor outputparameteren kan have en modsat konfigureret karakteristik, der nødvendiggør en omvendt korrigerende foranstaltning. Lad os overveje eksemplet på en strømningssløjfe, hvor ventilåbningsprocessen er specificeret til at fungere ved hjælp af 100% og 0% output, men skal styres med en tilsvarende 0% og 100% output, i dette tilfælde bliver en omvendt korrigerende kontrol vigtig. For at være mere præcis skal du overveje et vandkølesystem, der har en beskyttelsesfunktion, hvor dens ventil skal være 100% åben under et signaltab. I dette tilfælde skal styreenhedens udgang være i stand til at skifte til 0% kontrol i fravær af et signal, så ventilen er i stand til at åbne med hele 100%, dette betegnes som 'omvendt virkende' kontrol.

Matematisk model af kontrolfunktionen

matematisk til PID-controller

I denne matematiske model betyder alle ikke-negative konstanter Kp, Ki og Kd koefficienter for henholdsvis de proportionale, integrale og afledte udtryk (ved nogle lejligheder er disse også betegnet P, I og D).

Tilpasning af PID-kontrolbetingelser

Fra ovenstående diskussioner forstod vi, at fundamentalt PID-styresystem fungerer med tre kontrolparametre, men nogle mindre applikationer foretrækker måske at bruge et par af disse termer eller endda et enkelt udtryk ud af de tre termer.

Tilpasningen udføres ved at gøre det ubrugte udtryk til en nulindstilling og inkorporere et par udtryk PI, PD eller enkelt udtryk såsom P eller I. Blandt disse er PI-controller-konfiguration mere almindelig, da udtrykket D normalt er tilbøjeligt til støj påvirker og derfor elimineres i de fleste tilfælde, medmindre det er strengt obligatorisk. Term I er normalt inkluderet, da det sikrer, at systemet opnår den tilsigtede optimale målværdi ved output.




Forrige: Sådan designer du en Flyback-konverter - Omfattende vejledning Næste: 5 KVA til 10 KVA automatisk spændingsstabilisator - 220 volt, 120 volt