Înțelegerea controlerului PID

Prima evaluare cu succes a teoriei controlului PID a fost practic verificată în domeniul sistemelor de direcție automată pentru nave, înapoi în jurul anului 1920. După aceasta a fost aplicată în diferite controale industriale automate ale procesului care necesită specificații de producție optimizate și exacte. Pentru unitățile de producție, PID a fost implementat popular pentru obținerea unui control pneumatic precis și, în cele din urmă, teoria PID a fost aplicată în controlerele electronice în timpurile moderne.

Ce este controlerul PID

Termenul PID este acronimul pentru controlerul derivat integral proporțional, care este un mecanism de buclă de feedback, conceput pentru a controla cu precizie diferite mașini de control industrial și multe alte aplicații similare care necesită controale de modulație critice și automatizate.

Pentru a implementa acest lucru, un controler PID monitorizează continuu funcționarea sistemului și calculează elementul de eroare indus. Apoi evaluează această valoare de eroare instantanee sub forma diferenței dintre set-point-ul necesar (SP) și variabila de proces măsurată (PV).

Cu referire la cele de mai sus, se execută o corecție instantanee și automată a feedback-ului în termeni de expresii proporționale (P), integrale (I) și derivate (D) și, prin urmare, denumirea de controler PID.

În cuvinte simple, un controler PID monitorizează continuu funcționarea unui anumit sistem de mașini și continuă să-și corecteze răspunsul de ieșire în funcție de variațiile cauzate de influențele externe, printr-un algoritm specificat. Astfel se asigură că utilajul funcționează întotdeauna în condițiile ideale stipulate.

Înțelegerea diagramei bloc PID

Un controler PID este considerat un sistem de control versatil datorită capacității sale de a detecta și gestiona 3 parametri de control: proporțional, integral și derivat și de a aplica controlul optim intenționat pe ieșire cu o precizie extremă, cu referire la acești 3 parametri.

Imaginea de mai jos prezintă schema bloc a PID. Putem înțelege rapid principiul de bază al funcționării unui PID făcând referire la această diagramă bloc.

imagine, prin amabilitatea: en.wikipedia.org/wiki/File:PID_en.svg

Aici putem vedea un set de variabile cum ar fi e (t) corespunzătoare valorii erorii, r (t) corespunzător punctului de setare vizat și y (t) ca variabilă de proces măsurată. Controlerul PID pe parcursul funcționării sale monitorizează valoarea de eroare e (t) evaluând diferența dintre valoarea de referință intenționată r (t) sau SP și valoarea măsurată a procesului y (t) sau PV și, în consecință, execută o corecție de feedback sau optimizare utilizând parametrii și anume: proporțional, integral și derivat.

Controlerul continuă să facă eforturi pentru a reduce efectul de eroare pe tot parcursul, ajustând variabila de control u (t) la valori noi pe baza sumei ponderate analizate a termenilor de control (p, I, d).

De exemplu, în funcționarea unei supape de comandă, deschiderea și închiderea acesteia pot fi variate continuu de un PID prin evaluări complexe, așa cum s-a explicat mai sus.

În sistemul prezentat, diferiții termeni pot fi înțelese așa cum se explică mai jos:

P- Controler:

Termenul P este proporțional cu valorile de eroare instantanee e (t) dobândite prin evaluarea rezultatului pentru SP - PV. În situația în care valoarea erorii tinde să crească, ieșirea de control devine, de asemenea, proporțional mai mare în raport cu factorul de câștig „K”. Cu toate acestea, într-un proces care necesită compensare, cum ar fi în controlul temperaturii, controlul proporțional poate duce la inexactități peste valoarea de referință și valoarea procesului real, deoarece nu poate funcționa satisfăcător fără un feedback de eroare pentru a genera răspunsul proporțional. Implică faptul că, fără un feedback de eroare, este posibil să nu fie posibil un răspuns corect.

I- Controler:

Termenul I devine responsabil pentru valorile evaluate anterior ale erorilor SP - PV și le integrează în timpul perioadei sale operaționale pentru a crea termenul I. De exemplu, în timp ce controlul proporțional este aplicat dacă SP - PV produce o eroare, parametrul I devine activ și încearcă să pună capăt acestei erori reziduale. Acest lucru se întâmplă de fapt cu un răspuns de control declanșat din cauza valorii cumulative a erorii înregistrate mai devreme. De îndată ce se întâmplă acest lucru, termenul I încetează să se îmbunătățească. Acest lucru face ca efectul proporțional să se minimizeze în mod corespunzător pe măsură ce factorul de eroare scade, deși acest lucru se compensează și pe măsură ce se dezvoltă efectul integral.

D- Controler:

Termenul D este cea mai potrivită aproximare dedusă pentru evoluția tendințelor pentru eroarea SP - PV, în funcție de rata instantanee de schimbare a factorului de eroare. Dacă această rată de schimbare se îmbunătățește rapid, controlul feedback-ului se implementează mai agresiv și invers.

Ce este PID Tuning

Parametrii discutați mai sus pot necesita echilibrarea corectă pentru a asigura funcția de control optimă, iar acest lucru se realizează printr-un proces numit „reglaj buclă”. Constantele de reglare implicate sunt notate ca „K” așa cum se arată în deducțiile următoare. Fiecare dintre aceste constante trebuie derivate individual pentru o aplicație selectată, deoarece constantele depind strict și variază în funcție de caracteristicile și influențele parametrilor externi specifici implicați în buclă. Acestea pot include răspunsul senzorilor utilizați pentru măsurarea unui parametru dat, elementul final de strangulare, cum ar fi o supapă de control, un posibil timp de trecere în semnalul buclei și procesul în sine etc.

Poate fi acceptabil să se utilizeze valori aproximative pentru constante la începutul implementării pe baza tipului de aplicație, însă acest lucru poate necesita în cele din urmă o anumită reglare fină și modificări prin experimentare practică, prin forțarea modificărilor punctelor stabilite și, ulterior, observarea răspunsului controlul sistemului.

Indiferent dacă este un model matematic sau în buclă practică, ambele pot fi văzute folosind o acțiune de control „directă” pentru termenii specificați. Adică atunci când este detectată o creștere a unei erori pozitive, este inițiat un control pozitiv crescut corespunzător pentru a controla situația pentru termenii implicați rezumați.

Cu toate acestea, acest lucru poate fi necesar să fie inversat în aplicații în care parametrul de ieșire poate avea o caracteristică configurată opus, necesitând o măsură de corecție inversă. Să luăm în considerare exemplul unei bucle de curgere în care procesul de deschidere a supapei este specificat să funcționeze folosind 100% și 0% de ieșire, dar trebuie controlat cu o ieșire corespunzătoare de 0% și 100%, în acest caz un control corectiv invers devine esențial. Pentru a fi mai precis, luați în considerare un sistem de răcire a apei care are o caracteristică de protecție în care supapa sa trebuie să fie 100% deschisă în timpul unei pierderi de semnal. În acest caz, ieșirea controlerului trebuie să poată trece la 0% control în absența unui semnal, astfel încât supapa să poată deschide la 100% complet, acest lucru este denumit control cu ​​„acțiune inversă”.

Modelul matematic al funcției de control

În acest model matematic, toate constantele non-negative Kp, Ki și Kd semnifică coeficienți pentru termenii proporționali, integrali și respectiv derivați (în unele ocazii aceștia sunt de asemenea denotați P, I și D).

Personalizarea termenilor de control PID

Din discuțiile de mai sus am înțeles că sistemul de control PID funcționează fundamental cu trei parametri de control, cu toate acestea, unele aplicații mai mici pot prefera să utilizeze câțiva dintre acești termeni sau chiar un singur termen din cei trei termeni.

Personalizarea se face prin redarea termenului neutilizat la o setare zero și încorporarea cuplului de termeni PI, PD sau termeni unici precum P sau I. Dintre aceștia, configurația controlerului PI este mai frecventă, deoarece termenul D este de obicei predispus la zgomot. influențează și, prin urmare, sunt eliminate în majoritatea cazurilor, cu excepția cazului în care este strict obligatoriu. Termenul I este inclus în mod normal, deoarece asigură sistemul să atingă valoarea țintă optimă dorită la ieșire.