Apakah pengawal PID?

PID (dari bahasa Inggeris P-sebanding, I-integral, D-derivatif) - pengawal selia adalah peranti yang digunakan dalam gelung kawalan yang dilengkapi dengan pautan maklum balas. Pengawal ini digunakan untuk menghasilkan isyarat kawalan dalam sistem automatik di mana perlu untuk mencapai keperluan yang tinggi untuk kualiti dan ketepatan transien.

Isyarat kawalan pengawal PID diperoleh dengan menambah tiga komponen: yang pertama adalah berkadar dengan nilai isyarat ralat, yang kedua ialah integral isyarat ralat, dan ketiga adalah derivatifnya. Sekiranya mana-mana tiga komponen ini tidak dimasukkan dalam proses penambahan, maka pengawal tidak akan lagi PID, tetapi hanya berkadar, secara proporsional membezakan atau mengintegrasikan secara proporsional.

Komponen pertama adalah berkadar

Isyarat output memberikan komponen yang berkadar. Isyarat ini membawa kepada penolakan kepada sisihan semasa kuantiti input yang dikawal dari nilai set. Semakin besar sisihan, semakin besar isyarat. Apabila nilai input bagi pembolehubah terkawal adalah sama dengan nilai yang ditentukan, isyarat keluaran menjadi sama dengan sifar.

Jika kita hanya meninggalkan komponen berkadar ini, dan hanya menggunakannya, maka nilai kuantiti yang dikawal selia tidak akan stabil pada nilai yang betul. Selalunya ralat statik sama dengan nilai semacam sisihan pembolehubah terkawal bahawa isyarat keluaran menstabilkan pada nilai ini.

Sebagai contoh, termostat mengawal kuasa alat pemanasan. Isyarat keluaran berkurangan apabila suhu objek yang dikehendaki mendekatkan, dan isyarat kawalan menstabilkan kuasa pada tahap kehilangan haba. Akibatnya, nilai set tidak akan mencapai nilai yang ditetapkan, kerana peranti pemanasan hanya perlu dimatikan, dan mula sejuk (kuasa adalah sifar).

Keuntungan antara input dan output adalah lebih besar - ralat statik kurang, tetapi jika keuntungan (sebenarnya, pekali proporsionalitas) terlalu besar, maka tertakluk kepada kelewatan dalam sistem (dan selalunya tidak dapat dielakkan), ayunan sendiri tidak lama lagi akan bermula di dalamnya, dan jika anda meningkatkan pekali adalah lebih besar - sistem hanya akan kehilangan kestabilan.

Atau contoh kedudukan motor dengan gearbox. Dengan pekali kecil, posisi badan yang dikehendaki dicapai dengan perlahan. Meningkatkan pekali - tindak balas akan lebih cepat. Tetapi jika anda meningkatkan lagi pekali, enjin akan "terbang" pada kedudukan yang betul, dan sistem itu tidak akan bergerak cepat ke posisi yang diinginkan, seperti yang diharapkan. Jika kita kini meningkatkan pekali proporsionalitas, maka ayunan akan bermula berhampiran titik yang dikehendaki - hasilnya tidak dapat dicapai lagi ...

Komponen kedua mengintegrasikan

Masa integral tidak sepadan adalah bahagian utama komponen penyepaduan. Ia bersesuaian dengan integral ini. Komponen pengintegrasian digunakan hanya untuk menghapuskan ralat statik, kerana pengawal dari masa ke masa mengambil kira ralat statik.

Dengan tidak adanya gangguan luar, selepas beberapa waktu, nilai yang dikawal selia akan stabil pada nilai yang betul apabila komponen berkadar berubah menjadi sifar, dan ketepatan output akan sepenuhnya disokong oleh komponen yang menyepadukan. Tetapi komponen pengintegrasian juga boleh menjana ayunan berhampiran titik kedudukan, jika pekali tidak dipilih dengan betul.

Komponen ketiga membezakan

Kadar perubahan sisihan kuantiti yang dikawal adalah berkadar dengan ketiga, komponen pembezaan.Adalah perlu untuk mengatasi penyimpangan (disebabkan oleh pengaruh luaran atau kelewatan) dari kedudukan yang betul, yang diramalkan pada masa akan datang.

Teori Pengawal PID

Seperti yang telah anda fahami, pengawal PID digunakan untuk mengekalkan nilai x0 yang diberikan dalam kuantiti tertentu, disebabkan oleh perubahan nilai kuantiti lain. Terdapat setpoint atau nilai tertentu x0, dan ada perbezaan atau perbezaan (tidak sepadan) e = x0-x. Jika sistem linear dan pegun (praktikalnya ini tidak mungkin), maka bagi definisi anda, formula-formula berikut adalah sah:

Dalam formula ini, anda melihat pekali proporsional untuk setiap tiga syarat tersebut.

Dalam praktiknya, pengawal PID menggunakan formula yang berbeza untuk penalaan, di mana keuntungan digunakan serta-merta ke semua komponen:

Bahagian praktikal kawalan PID

Analisis teori secara praktikal mengenai sistem kawalan PID jarang digunakan. Kesukaran adalah bahawa ciri-ciri objek kawalan tidak diketahui, dan sistem hampir selalu tidak mantap dan tidak linear.

Sebenarnya pengawal PID sebenarnya sentiasa mempunyai batasan operasi dari bawah dan ke atas, ini secara asasnya menerangkan non-linearnya. Oleh itu, penalaan hampir selalu dan di mana-mana dilakukan secara eksperimen apabila objek kawalan disambungkan ke sistem kawalan.

Menggunakan nilai yang dihasilkan oleh algoritma kawalan perisian mempunyai beberapa nuansa tertentu. Sekiranya, contohnya, mengenai kawalan suhu, maka seringkali ia perlu bukan hanya satu, tetapi dua peranti sekali gus: pertama mengawal pemanasan, yang kedua - penyejukan. Yang pertama menyampaikan penyejuk yang dipanaskan, yang kedua - penyejuk. Tiga pilihan bagi penyelesaian praktikal boleh dipertimbangkan.

Yang pertama adalah dekat dengan keterangan teoritis apabila output adalah analog dan kuantiti berterusan. Yang kedua adalah output dalam bentuk satu set denyut, misalnya, untuk mengawal motor stepper. Ketiga - Kawalan PWMapabila output dari pengawal selia berfungsi untuk menetapkan lebar nadi.

Hari ini, hampir semua sistem automasi masih dalam pembinaan berdasarkan PLC, dan pengawal PID adalah modul khas yang ditambah kepada pengawal kawalan atau secara umumnya dilaksanakan secara pemrograman dengan memuatkan perpustakaan. Untuk menetapkan keuntungan dengan betul dalam pengawal tersebut, pemaju mereka menyediakan perisian khas.