Izpratne par PID kontrolieri

Pirmais veiksmīgais PID vadības teorijas novērtējums tika praktiski pārbaudīts kuģu automātisko stūrēšanas sistēmu jomā apmēram 1920. gadā. Pēc tam tas tika izmantots dažādās rūpniecisko automātisko procesu kontrolēs, kurām vajadzīgas optimizētas un precīzas ražošanas izlaides specifikācijas. Ražošanas vienībām PID tika populāri ieviests, lai panāktu precīzu pneimatisko vadību, un galu galā PID teorija mūsdienās tika piemērota elektroniskajos kontrolleros.

Kas ir PID kontrolieris

Termins PID ir saīsinājums no proporcionālā integrālā atvasinājuma kontroliera, kas ir atgriezeniskās saites cilpas mehānisms, kas paredzēts, lai precīzi kontrolētu dažādas rūpnieciskās vadības iekārtas un daudzas citas līdzīgas lietojumprogrammas, kurām nepieciešama kritiska un automatizēta modulācijas vadība.

Lai to īstenotu, PID kontrolieris nepārtraukti uzrauga sistēmas darbību un aprēķina izraisītās kļūdas elementu. Pēc tam tā novērtē šo momentānās kļūdas vērtību kā starpību starp nepieciešamo iestatīto punktu (SP) un izmērīto procesa mainīgo (PV).

Atsaucoties uz iepriekš minēto, tiek veikta momentāna un automātiska atgriezeniskās saites korekcija proporcionālo (P), integrālo (I) un atvasināto (D) izteicienu izteiksmē un līdz ar to arī nosaukums PID kontrolieris.

Vienkāršiem vārdiem sakot, PID kontrolieris nepārtraukti uzrauga attiecīgās mašīntīkla darbību un, izmantojot noteiktu algoritmu, turpina koriģēt tās izejas reakciju atkarībā no ārējo ietekmju izraisītām izmaiņām. Tādējādi tas nodrošina, ka mašīna vienmēr darbojas paredzētajos ideālajos apstākļos.

Izpratne par PID bloku shēmu

PID kontrolieris tiek uzskatīts par daudzpusīgu vadības sistēmu, jo tā spēj noteikt un pārvaldīt 3 vadības parametrus: proporcionālo, integrālo un atvasināto, un ar izņēmuma precizitāti piemērot izejai paredzēto optimālo vadību, atsaucoties uz šiem 3 parametriem.

Zemāk redzamajā attēlā parādīta PID blokshēma. Mēs varam ātri saprast PID darbības pamatprincipu, atsaucoties uz šo blokshēmu.

attēla pieklājība: en.wikipedia.org/wiki/File:PID_en.svg

Šeit mēs varam redzēt mainīgo lielumu kopu, piemēram, e (t), kas atbilst kļūdas vērtībai, r (t), kas atbilst mērķa iestatītajam punktam, un y (t) kā izmērīto procesa mainīgo. PID kontrolieris visā tās darbības laikā uzrauga kļūdas vērtību e (t), novērtējot starpību starp paredzēto iestatīto vērtību r (t) vai SP un izmērīto procesa vērtību y (t) vai PV, un attiecīgi veic atgriezeniskās saites korekciju vai optimizāciju, izmantojot parametrus proti: proporcionāls, neatņemams un atvasināts.

Kontrolieris turpina censties samazināt kļūdas efektu visā laikā, pielāgojot vadības mainīgo u (t) jaunām vērtībām, pamatojoties uz analizēto vadības terminu svērto summu (p, I, d).

Piemēram, darbinot vārsta vadību, tā atvēršanu un aizvēršanu var nepārtraukti mainīt ar PID, veicot sarežģītus novērtējumus, kā paskaidrots iepriekš.

Parādītajā sistēmā dažādos terminus var saprast šādi:

P- kontrolieris:

Termins P ir proporcionāls momentānās kļūdas vērtībām e (t), kas iegūtas, novērtējot rezultātu SP - PV. Situācijā, kad kļūdas vērtība mēdz kļūt liela, arī vadības izeja kļūst proporcionāli lielāka, ņemot vērā pastiprināšanas koeficientu “K”. Tomēr procesā, kurā nepieciešama kompensācija, piemēram, temperatūras kontrolē, proporcionāla vadība atsevišķi var izraisīt neprecizitātes visā iestatītajā vērtībā un faktiskajā procesa vērtībā, jo proporcionālās reakcijas ģenerēšanai tā nevar darboties apmierinoši bez kļūdu atgriezeniskās saites. Norāda, ka bez kļūdu atgriezeniskās saites pareiza koriģējoša atbilde var nebūt iespējama.

Es - kontrolieris:

Termins I kļūst atbildīgs par iepriekš novērtētajām SP - PV kļūdu vērtībām un integrē tās darbības laikā, lai izveidotu terminu I. Piemēram, kamēr tiek izmantota proporcionālā vadība, ja SP - PV rada kādu kļūdu, parametrs I kļūst aktīvs un mēģina izbeigt šo atlikušo kļūdu. Tas faktiski notiek ar vadības atbildi, kas aktivizēta agrāk reģistrētās kļūdas kumulatīvās vērtības dēļ. Tiklīdz tas notiek, I termiņš vairs neuzlabojas. Tas noved pie tā, ka proporcionālais efekts attiecīgi samazinās, kad kļūdas koeficients samazinās, kaut arī tas tiek kompensēts, attīstoties integrālajam efektam.

D- kontrolieris:

Termins D ir vispiemērotākais tuvinājums SP - PV kļūdas attīstības tendencēm atkarībā no kļūdas faktora momentānās izmaiņu ātruma. Ja šis izmaiņu ātrums strauji palielinās, atgriezeniskās saites kontrole tiek īstenota agresīvāk un otrādi.

Kas ir PID regulēšana

Iepriekš minētajiem parametriem var būt nepieciešama pareiza balansēšana, lai nodrošinātu optimālu vadības funkciju, un tas tiek panākts ar procesu, ko sauc par “cilpas noregulēšanu”. Iesaistītās regulēšanas konstantes tiek apzīmētas kā “K”, kā parādīts turpmākajos atskaitījumos. Katrai no šīm konstantēm jābūt atsevišķi atvasinātām atlasītajai lietojumprogrammai, jo konstantes ir stingri atkarīgas un mainās atkarībā no lokā iesaistīto īpašo ārējo parametru īpašībām un ietekmes. Tie var ietvert sensoru reakciju, kas tiek izmantoti noteikta parametra mērīšanai, gala droseļvārsta elementu, piemēram, vadības vārstu, iespējamo laika periodu cilpas signālā un pašu procesu utt.

Var būt pieņemams izmantot aptuvenās vērtības konstantēm ieviešanas sākumā, pamatojoties uz lietojuma veidu, tomēr tas galu galā var prasīt nopietnu precizēšanu un pielāgošanu, veicot praktiskus eksperimentus, piespiežot mainīt noteiktos punktus un pēc tam novērojot parametru reakciju. sistēmas vadība.

Neatkarīgi no tā, vai tas ir matemātisks modelis vai praktiski, abus var redzēt, izmantojot norādīto terminu “tiešu” vadības darbību. Nozīme, kad tiek konstatēts pozitīvas kļūdas pieaugums, tiek uzsākta attiecīgi palielināta pozitīvā kontrole, lai kontrolētu situāciju attiecīgajiem noteikumiem.

Tomēr tas var būt jāmaina lietojumprogrammās, kur izejas parametram var būt pretēji konfigurēts raksturlielums, kas prasa reverso korektīvo pasākumu. Apskatīsim plūsmas cilpas piemēru, kurā vārsta atvēršanas process ir norādīts darbam, izmantojot 100% un 0% izeju, bet ir jākontrolē ar atbilstošu 0% un 100% izvadi, šajā gadījumā reversā koriģējošā vadība kļūst būtiska. Lai būtu precīzāk, ņemiet vērā ūdens dzesēšanas sistēmu ar aizsardzības funkciju, kurā signāla zuduma laikā vārstam jābūt 100% atvērtam. Šajā gadījumā kontroliera izejai jāspēj mainīt 0% vadību bez signāla, lai vārsts varētu atvērties par pilnu 100%, to sauc par “reversās darbības” vadību.

Vadības funkcijas matemātiskais modelis

Šajā matemātiskajā modelī visas negatīvās konstantes Kp, Ki un Kd apzīmē koeficientus attiecīgi proporcionālajam, integrālajam un atvasinātajam terminam (dažos gadījumos tos apzīmē arī ar P, I un D).

PID kontroles noteikumu pielāgošana

No iepriekšminētajām diskusijām mēs sapratām, ka būtībā PID vadības sistēma darbojas ar trim vadības parametriem, tomēr dažas mazākas lietojumprogrammas var izvēlēties izmantot dažus no šiem terminiem vai pat vienu terminu no trim terminiem.

Pielāgošana tiek veikta, neizmantoto terminu padarot ar nulles iestatījumu un iekļaujot pāris vārdus PI, PD vai atsevišķus terminus, piemēram, P vai I. Starp tiem PI kontrollera konfigurācija ir biežāk sastopama, jo termins D parasti ir pakļauts troksnim ietekmē un tāpēc vairumā gadījumu tiek novērsta, ja vien tas nav stingri obligāts. Termins I parasti tiek iekļauts, jo tas nodrošina sistēmu, lai sasniegtu iecerēto optimālo mērķa vērtību izvadē.