luokat: Esitetyt artikkelit » Kodin automaatio
Katselukuvien lukumäärä: 39628
Kommentit artikkeliin: 0

Mikä on PID-ohjain?

 

PID (englanninkielisestä P-verrannollinen, I-integraali, D-johdannainen) - säädin on laite, jota käytetään ohjaussilmukoissa, jotka on varustettu palauteyhteydellä. Näitä ohjaimia käytetään ohjaussignaalin tuottamiseen automaattisissa järjestelmissä, joissa on tarpeen saavuttaa korkeat vaatimukset transienttien laadulle ja tarkkuudelle.

PID-ohjaimen ohjaussignaali saadaan lisäämällä kolme komponenttia: ensimmäinen on verrannollinen virhesignaalin arvoon, toinen on virhesignaalin integraali ja kolmas on sen johdannainen. Jos jotakin näistä kolmesta komponentista ei sisällytetä lisäysprosessiin, ohjain ei ole enää PID, vaan yksinkertaisesti suhteellinen, suhteellisesti erottava tai suhteellisesti integroiva.

PID-ohjain

Ensimmäinen komponentti on suhteellinen

Lähtösignaali antaa suhteellisen komponentin. Tämä signaali johtaa vastatoimiin säänneltävän tulomäärän nykyiselle poikkeamalle asetetusta arvosta. Mitä suurempi poikkeama, sitä suurempi signaali. Kun ohjattavan muuttujan tuloarvo on yhtä suuri kuin määritetty arvo, lähtösignaali muuttuu nollaksi.

Jos jätämme vain tämän suhteellisen komponentin ja käytämme sitä vain, säädettävän määrän arvo ei koskaan vakiinnu oikeaan arvoon. Aina on staattinen virhe, joka on yhtä suuri kuin ohjatun muuttujan poikkeaman arvo, että lähtösignaali vakaa tässä arvossa.

Esimerkiksi termostaatti säätelee lämmityslaitteen tehoa. Lähtösignaali laskee, kun haluttu kohteen lämpötila lähestyy, ja ohjaussignaali vakauttaa tehon lämpöhäviön tasolla. Seurauksena on, että asetettu arvo ei saavuta asetettua arvoa, koska lämmityslaite on vain kytkettävä pois päältä ja alkaa jäähtyä (teho on nolla).

PID-sovellusesimerkki

Tulon ja ulostulon välinen voitto on suurempi - staattinen virhe on pienempi, mutta jos vahvistus (tosiasiallisesti suhteellisuuskerroin) on liian suuri, järjestelmän viiveille (ja ne ovat usein väistämättömiä) kohdistuvat pian itsensä heilahtelut, ja jos kasvatat, kerroin on vielä suurempi - järjestelmä yksinkertaisesti menettää vakauden.

Tai esimerkki moottorin sijoittamisesta vaihdelaatikolla. Pienellä kertoimella työkappaleen haluttu sijainti saavutetaan liian hitaasti. Nosta kerrointa - reaktio on nopeampaa. Mutta jos lisäät kerrointa entisestään, moottori “lentää yli” oikeaan asentoon eikä järjestelmä siirry nopeasti haluttuun asentoon, kuten voisi odottaa. Jos nostamme nyt suhteellisuuskerrointa edelleen, värähtelyt alkavat lähellä haluttua pistettä - tulosta ei saavuteta uudelleen ...

Esimerkki vaihdeasennusmoottorista

Toinen komponentti on integroituminen

Epäsovituksen aikaintegraali on pääosa integroivasta komponentista. Se on verrannollinen tähän integraaliin. Integroivaa komponenttia käytetään vain staattisen virheen poistamiseen, koska ohjain ottaa ajan kuluessa staattisen virheen huomioon.

Jos ulkoisia häiriöitä ei ole, jonkin ajan kuluttua säädettävä arvo vakiintuu oikeaan arvoon, kun suhteellinen komponentti osoittautuu nollaksi, ja integroiva komponentti varmistaa lähdön tarkkuuden kokonaan. Mutta integroiva komponentti voi myös tuottaa värähtelyjä lähellä paikannuspistettä, jos kerrointa ei ole valittu oikein.


Kolmas komponentti on erottelu

Säädettävän määrän poikkeaman muutosnopeus on verrannollinen kolmanteen, erottavaan komponenttiin.Se on välttämätöntä, jotta voidaan estää (ulkoisten vaikutusten tai viiveiden aiheuttamat) poikkeamat oikeasta kohdasta, joka tulevaisuudessa ennustetaan.


PID-ohjaimen teoria

Kuten jo ymmärsit, PID-säätimiä käytetään tietyn määrän annetun arvon x0 ylläpitämiseen, koska toisen arvon u arvo muuttuu. On ohjearvo tai ohjearvo x0, ja on ero tai ero (epäsuhta) e = x0-x. Jos järjestelmä on lineaarinen ja paikallaan oleva (käytännössä tämä on tuskin mahdollista), niin u: n määritelmälle ovat voimassa seuraavat kaavat:

PID-ohjaimen teoria

Tässä kaavassa näet suhteellisuuskertoimet jokaiselle kolmelle termelle.

Käytännössä PID-ohjaimet käyttävät erilaista kaavaa viritykseen, jossa vahvistus kohdistetaan välittömästi kaikkiin komponentteihin:

Kaava PID-ohjaimen virittämiseen

PID-ohjauksen käytännöllinen puoli

PID-ohjattujen järjestelmien käytännössä teoreettista analyysiä käytetään harvoin. Vaikeus on, että ohjausobjektin ominaisuuksia ei tunneta, ja järjestelmä on melkein aina epävakaa ja epälineaarinen.

Tosiasiallisesti toimivilla PID-ohjaimilla on aina toiminta-alueen rajoitus alhaalta ja ylhäältä, tämä selittää perusteellisesti niiden epälineaarisuuden. Siksi viritys tehdään melkein aina ja kaikkialla kokeellisesti, kun ohjausobjekti on kytketty ohjausjärjestelmään.

Ohjelmistonohjausalgoritmin tuottaman arvon käyttämisellä on joukko erityisiä vivahteita. Jos puhumme esimerkiksi lämpötilanhallinnasta, niin silti tarvitaan usein ei vain yksi, vaan kaksi laitetta kerralla: ensimmäinen ohjaa lämmitystä, toinen ohjaa jäähdytystä. Ensimmäinen toimittaa lämmitetyn jäähdytysnesteen, toinen - kylmäaineen. Kolme vaihtoehtoa käytännön ratkaisuille voidaan harkita.

Ensimmäinen on lähellä teoreettista kuvausta, kun lähtö on analoginen ja jatkuva määrä. Toinen on lähtö pulssisarjan muodossa, esimerkiksi askelmoottorin ohjaamiseksi. Kolmas - PWM-ohjauskun säätimen lähtö on tarkoitettu pulssin leveyden asettamiseen.

Säädin mittari

Nykyään melkein kaikki automaatiojärjestelmät ovat rakenteilla perustuu PLC: hen, ja PID-ohjaimet ovat erityisiä moduuleja, jotka lisätään ohjaimeen tai toteutetaan yleensä ohjelmallisesti lataamalla kirjastoja. Näiden ohjaimien voiton asettamiseksi oikein niiden kehittäjät tarjoavat erityisiä ohjelmistoja.

Katso myös osoitteesta i.electricianexp.com:

  • Schmittin liipaisin - yleiskuva
  • Mitä eroa on analogisilla ja digitaalisilla antureilla?
  • Siru 4046 (K564GG1) laitteille, joilla on resonanssipitoisuus - periaate ...
  • Operaatiovahvistimet. Osa 2. Täydellinen käyttövahvistin
  • Kuinka servo on järjestetty ja toimii

  •