Шта је ПИД контролер?

ПИД (од енглеског П-пропорционалан, И-интеграл, Д-дериват) - регулатор је уређај који се користи у контролним петљама опремљеним повратном везом. Ови контролери се користе за генерисање контролног сигнала у аутоматским системима где је неопходно да се постигну високи захтеви за квалитетом и тачношћу прелазних рачунара.

Контролни сигнал ПИД контролера добија се додавањем три компоненте: прва је пропорционална вредности сигнала грешке, друга је интеграл сигнала грешке, а трећа је његова деривација. Ако било која од ове три компоненте није укључена у поступак додавања, тада регулатор више неће бити ПИД, већ једноставно пропорционалан, пропорционално диференцирајући или пропорционално интегришући.

Прва компонента је пропорционална

Излазни сигнал даје пропорционалну компоненту. Овај сигнал доводи до супротстављања тренутном одступању улазне количине која се регулише од задате вриједности. Што је одступање веће, сигнал је већи. Када је улазна вриједност контролиране варијабле једнака наведеној, излазни сигнал постаје једнак нули.

Ако оставимо само ову пропорционалну компоненту и користимо је само, вредност вредности која се регулише никада се неће стабилизовати на тачној вредности. Увек постоји статичка грешка једнака таквој вредности одступања контролисане променљиве да се излазни сигнал стабилише на овој вредности.

На пример, термостат контролише снагу грејних уређаја. Излазни сигнал опада како се приближава жељена температура објекта, а контролни сигнал стабилизира снагу на нивоу губитка топлоте. Као резултат, постављена вредност неће достићи постављену вредност, јер се грејни уређај мора искључити и почети да се хлади (снага је нула).

Добитак између улаза и излаза је већи - статичка грешка је мања, али ако је добитак (у ствари коефицијент пропорционалности) превелик, тада подлежу кашњењу у систему (а они су често неизбежни), у њему ће се ускоро почети самосталне осцилације, а ако повећате коефицијент је још већи - систем ће једноставно изгубити стабилност.

Или пример постављања мотора са мењачем. Са малим коефицијентом, полако се постиже жељени положај радног тела. Повећајте коефицијент - реакција ће бити бржа. Али ако повећате коефицијент даље, мотор ће "прелетјети" у правилан положај, а систем се неће брзо помакнути у жељени положај, као што би неко очекивао. Ако сада повећамо коефицијент пропорционалности, тада ће осцилације почети близу жељене тачке - резултат се неће поново постићи ...

Друга компонента је интеграција

Временски интеграл неслагања је главни део интеграционе компоненте. Пропорционална је овом интегралу. Интегрирајућа компонента користи се само за уклањање статичке грешке, јер контролер током времена узима у обзир статичку грешку.

У недостатку спољашњих сметњи, након неког времена, вредност која се регулише стабилизоват ће се на тачну вредност када се пропорционална компонента испостави на нулу, а тачност излаза у потпуности ће се обезбедити интегрирајућом компонентом. Али компонента која интегрише такође може да створи осцилације у близини тачке позиционирања, ако коефицијент није правилно изабран.

Трећа компонента је разликовање

Брзина промјене одступања количине која се регулише пропорционална је трећој, диференцирајућој компоненти.То је неопходно како би се сузбила одступања (проузрокована спољним утицајима или кашњењима) од исправног положаја, предвиђена у будућности.

Теорија ПИД контролера

Као што сте већ схватили, ПИД контролери се користе за одржавање одређене вредности к0 одређене количине, услед промене вредности у друге количине. Постоји задата вредност или задана вредност к0, а постоји разлика или одступање (неусклађеност) е = к0-к. Ако је систем линеаран и непомичан (практично је то тешко могуће), тада су за дефиницију у валидне следеће формуле:

У овој формули видите коефицијенте пропорционалности за сваки од три термина.

У пракси, ПИД контролери користе другачију формулу за подешавање, где се добитак примењује одмах на све компоненте:

Практична страна ПИД контроле

Практично теоријска анализа ПИД-контролисаних система ретко се користи. Тешкоћа је у томе што су карактеристике контролног објекта непознате, а систем је готово увек нестационарни и нелинеарни.

Заправо радни ПИД контролери увек имају ограничење радног распона одоздо и одоздо, што у основи објашњава њихову нелинеарност. Стога се подешавање готово увек и свуда извршава експериментално када је контролни објект повезан са управљачким системом.

Кориштење вриједности генериране алгоритмом софтверског управљања има низ специфичних нијанси. Ако говоримо, на пример, о контроли температуре, онда је често још увек потребан не само један, већ и два уређаја одједном: први контролише грејање, други контролише хлађење. Први испоручује загрејану расхладну течност, други - расхладно средство. Могу се размотрити три опције практичних решења.

Прва је близу теоријског описа када је излаз аналогна и континуирана количина. Други је излаз у облику скупа импулса, на пример, за управљање степенастим мотором. Треће - ПВМ контролакада излаз из регулатора служи за подешавање ширине импулса.

Данас су готово сви системи за аутоматизацију у изградњи засновано на ПЛЦ-у, а ПИД контролери су посебни модули који се додају у контролни контролер или се генерално програмско имплементирају учитавањем библиотека. Да би правилно поставили добитак у таквим контролерима, њихови програмери пружају посебан софтвер.