Bagaimana pengawal PID berfungsi?

Pengawal PID, yang bermaksud pengawal derivatif yang berkadar - adalah asas dalam bidang sistem kawalan. Sebagai pembekal sistem kawalan, saya telah menyaksikan secara langsung kuasa transformasi pengawal PID dalam pelbagai aplikasi. Dalam blog ini, saya akan menyelidiki bagaimana pengawal PID berfungsi, komponennya, dan kepentingannya dalam sistem kawalan moden.

Asas sistem kawalan

Sebelum kita melompat ke butiran pengawal PID, mari kita memahami secara ringkas konsep sistem kawalan. Sistem kawalan direka untuk mengurus, memerintahkan, mengarahkan, atau mengawal tingkah laku peranti atau sistem lain. Dalam automasi perindustrian dan rumah, sistem kawalan digunakan untuk mengekalkan keadaan yang dikehendaki seperti suhu, tekanan, kelajuan, dan kedudukan.

Bagaimana pengawal PID berfungsi

Pengawal PID secara berterusan mengira nilai ralat sebagai perbezaan antara setpoint yang dikehendaki dan pemboleh ubah proses yang diukur. Berdasarkan ralat ini, pengawal menyesuaikan output kawalan untuk meminimumkan ralat dari masa ke masa. Output pengawal PID ditentukan oleh tiga komponen utama: istilah berkadar, istilah integral, dan istilah derivatif.

Istilah berkadar (p)

Istilah berkadar adalah berkadar terus dengan ralat semasa. Ia memberikan tindak balas segera kepada kesilapan antara setpoint dan pemboleh ubah proses. Formula untuk istilah berkadar adalah:
[P = k_p \ times e (t)]
di mana (k_p) adalah keuntungan berkadar, dan (e (t)) adalah kesilapan pada masa (t). Nilai yang lebih tinggi (k_p) akan menghasilkan tindak balas yang lebih besar terhadap kesilapan, yang boleh menyebabkan pembetulan yang lebih cepat. Walau bagaimanapun, jika (k_p) terlalu besar, sistem mungkin menjadi tidak stabil dan berayun di sekitar setpoint.

Istilah Integral (i)

Istilah integral mengumpul kesilapan dari masa ke masa. Ia digunakan untuk menghapuskan kesilapan negeri yang mantap, yang merupakan perbezaan antara setpoint dan pemboleh ubah proses selepas sistem telah mencapai keadaan yang stabil. Formula untuk istilah penting ialah:
[I = k_i \ times \ int_ {0}^{t} e (\ tau) d \ tau]
di mana (k_i) adalah keuntungan integral, dan integral (\ int_ {0}^{t} e (\ tau) d \ tau) mewakili ralat terkumpul dari masa (0) hingga (t). Istilah integral terus meningkat atau mengurangkan output kawalan sehingga ralat dihapuskan.

Istilah derivatif (d)

Istilah derivatif adalah berkadar dengan kadar perubahan ralat. Ia meramalkan tingkah laku masa depan ralat berdasarkan kadar perubahan semasa. Formula untuk istilah derivatif adalah:
[D = k_d \ times \ frac {de (t)} {dt}]
di mana (k_d) adalah keuntungan derivatif, dan (\ frac {de (t)} {dt}) ialah kadar perubahan ralat pada masa (t). Istilah derivatif membantu meredakan ayunan dan meningkatkan kestabilan sistem dengan menyediakan tindakan pembetulan sebelum kesilapan menjadi terlalu besar.

Menggabungkan istilah

Jumlah output pengawal PID adalah jumlah istilah berkadar, penting, dan derivatif:
[u (t) = k_p \ times e (t) + k_i \ times \ int_ {0}^{t} e (\ tau) d \ tau + k_d \ times \ frac {de (t)} {dt}]
di mana (u (t)) adalah output kawalan pada masa (t).

Menala pengawal PID

Penalaan pengawal PID melibatkan penyesuaian nilai (k_p), (k_i), dan (k_d) untuk mencapai prestasi yang dikehendaki. Terdapat beberapa kaedah untuk menala pengawal PID, termasuk kaedah Ziegler - Nichols, yang merupakan kaedah empirikal yang popular.

Kaedah Ziegler - Nichols melibatkan penetapan (k_i = 0) dan (k_d = 0) dan secara beransur -ansur meningkat (k_p) sehingga sistem mula berayun. Keuntungan kritikal (k_ {cr}) dan tempoh kritikal (t_ {cr}) kemudian diukur. Berdasarkan nilai -nilai ini, keuntungan pengawal dapat dikira menggunakan formula berikut:

Aplikasi pengawal PID

Pengawal PID digunakan secara meluas dalam pelbagai industri dan aplikasi. Dalam automasi perindustrian, ia digunakan untuk mengawal suhu, tekanan, dan kadar aliran dalam proses kimia. Dalam robotik, pengawal PID digunakan untuk mengawal kedudukan dan kelajuan lengan robot. Di rumah automasi, pengawal PID boleh digunakan untuk mengawal suhu dan kelembapan di rumah pintar.

Sebagai contoh, dalam sistem rumah pintar, pengawal PID boleh digunakan untuk mengawal suhu. Setpoint boleh menjadi suhu yang dikehendaki, dan pemboleh ubah proses boleh menjadi suhu sebenar yang diukur oleh sensor suhu. Pengawal PID akan menyesuaikan output ke aPenerima Sistem Bermotoratau aSuis buta bermotoruntuk mengekalkan suhu yang dikehendaki. Begitu juga, dalam sistem kawalan pencahayaan, pengawal PID boleh digunakan untuk menyesuaikan kecerahan lampu berdasarkan tahap cahaya ambien, dengan bantuan aSuis rumah pintar.

Makna pengawal PID

Kepentingan pengawal PID terletak pada kesederhanaan, keberkesanan, dan fleksibiliti mereka. Mereka boleh dilaksanakan dengan mudah dalam kedua -dua perkakasan dan perisian, dan mereka boleh ditala untuk bekerja dalam pelbagai aplikasi. Pengawal PID juga teguh, bermakna mereka boleh mentolerir beberapa ketidakpastian dan gangguan dalam sistem.

Hubungi perolehan

Jika anda berminat untuk memasukkan pengawal PID ke dalam sistem kawalan anda atau memerlukan lebih banyak maklumat mengenai produk dan perkhidmatan kami, kami menggalakkan anda untuk menjangkau perbincangan perolehan. Pasukan pakar kami bersedia membantu anda mencari penyelesaian terbaik untuk keperluan khusus anda.

Rujukan

• Åström, KJ, & Hägglund, T. (2006). Pengawal PID: Teori, Reka Bentuk, dan Penalaan. Persatuan Instrumen Amerika.
• Dorf, RC, & Bishop, RH (2017). Sistem kawalan moden. Pearson.
• Ogata, K. (2010). Kejuruteraan Kawalan Moden. Prentice Hall.