Kontroler PID, akronim dla proporcjonalnego kontrolera pochodnego - jest szeroko stosowanym mechanizmem sterowania w dziedzinie automatyzacji i inżynierii. Jako dostawca kontrolera byłem świadkiem znaczenia i wszechstronności kontrolerów PID w różnych zastosowaniach przemysłowych i komercyjnych. Na tym blogu zagłębię się, czym jest kontroler PID i jak on działa.
Co to jest kontroler PID?
U podstaw kontrolera PID jest system kontroli sprzężenia zwrotnego, który stale oblicza wartość błędu jako różnicę między żądanym punktem zadelektywnym a zmierzoną zmienną procesową. Na podstawie tego błędu oblicza wyjście kontrolne, aby zminimalizować błąd w czasie. Trzy terminy - proporcjonalne, integralne i pochodne - działają w tandemie, aby osiągnąć ten cel.
Termin proporcjonalny (p)
Termin proporcjonalny jest bezpośrednio proporcjonalny do bieżącego błędu. Gdy istnieje odchylenie między punktem zadaniowym a zmienną procesową, kontroler generuje dane wyjściowe proporcjonalne do tego błędu. Na przykład, jeśli punkt zadany dla układu kontroli temperatury wynosi 50 ° C, a prąd temperatura wynosi 40 ° C, błąd wynosi 10 ° C. Zwiększenie proporcjonalne (KP) jest mnożone przez ten błąd w celu wytworzenia wyjścia kontrolnego. Wyższa wartość KP spowoduje większe wyjście kontrolne dla tego samego błędu, powodując, że system reaguje bardziej agresywnie. Jeśli jednak KP jest ustawiony zbyt wysoko, może prowadzić do przekroczenia, gdzie zmienna procesowa przekracza punkt zadany i oscyluje wokół niej.
Termin integralny (i)
Termin integralny uwzględnia zgromadzony błąd w czasie. Podsumowuje wszystkie wcześniejsze błędy i mnoży tę sumę przez wzmocnienie całkowe (KI). Termin ten jest przydatny do eliminowania błędów stanu ustalonego. W niektórych systemach, nawet po ustaleniu proporcjonalnego terminu sterowania, nadal może wystąpić niewielki stały błąd. Termin integralny stopniowo zwiększa wyjście kontrolne do momentu wyeliminowania tego błędu. Na przykład w systemie kontroli prędkości silnika, jeśli istnieje niewielka stała różnica między pożądaną prędkością a rzeczywistą prędkością, termin całkowy będzie nadal zwiększać sygnał sterujący, aż prędkość osiągnie punkt zadany.
Termin pochodnej (d)
Termin pochodnej opiera się na szybkości zmiany błędu. Oblicza nachylenie krzywej błędu i mnoży ją przez wzmocnienie pochodne (KD). Termin ten pomaga przewidzieć przyszłe błędy i tłumienie oscylacji. Gdy błąd szybko się zmienia, termin pochodnej wygeneruje dużą moc kontrolną w przeciwnym kierunku, aby spowolnić zmianę. Na przykład w systemie kontroli pozycji ramion robotycznych, jeśli ramię zbyt szybko zbliża się do ustalonego punktu, termin pochodnej zmniejszy sygnał kontrolny, aby zapobiec przekroczeniu.
Jak działa kontroler PID?
Działanie kontrolera PID można podzielić na szereg kroków:
Krok 1: Definicja ustalona
Pierwszym krokiem jest zdefiniowanie żądanej wartości lub punktu ustalonego dla zmiennej procesu. Może to być temperatura, ciśnienie, prędkość lub inna ilość fizyczna, którą należy kontrolować. Na przykład w systemie ogrzewania domowego punkt zadany może być ustawiony na 22 ° C przez właściciela domu.
Krok 2: Pomiar zmiennej procesu
Rzeczywista wartość zmiennej procesu jest mierzona za pomocą czujnika. W przypadku systemu grzewczego domowego czujnik temperatury zostałby użyty do pomiaru obecnej temperatury pokojowej.
Krok 3: Obliczanie błędów
Błąd jest obliczany jako różnica między punktem ustalonym a zmierzoną zmienną procesową. Jeśli punkt zadany wynosi 22 ° C, a zmierzona temperatura wynosi 20 ° C, błąd wynosi 2 ° C.
Krok 4: Obliczenie wyjściowe sterowania
Następnie kontroler PID oblicza wyjście sterujące za pomocą następującego wzoru:
[u (t) = k_p e (t) + k_i \ int_ {0}^{t} e (\ tau) d \ tau + k_d \ frac {de (t)} {dt}]
gdzie (u (t)) jest wyjściem kontrolnym w czasie (t), (e (t)) jest błąd w czasie (t), (k_p) jest wzmocnieniem proporcjonalnym, (k_i) jest wzmocnieniem integralnym, a (k_d) jest wzmocnieniem pochodnym.
Krok 5: Kontrola siłownika
Obliczone wyjście kontrolne jest wysyłane do siłownika, który jest urządzeniem, które może zmienić zmienną procesową. W systemie ogrzewania domowego siłownik może być grzejnikiem. Wyjście kontrolne określa zasilanie dostarczone do grzejnika, zwiększając lub zmniejszając moc ciepła, aby zbliżyć temperaturę do ustalonego punktu.
Krok 6: Ciągłe monitorowanie i regulacja
Kontroler PID w sposób ciągły powtarza kroki 2-5, monitorując zmienną procesową, obliczając błąd i dostosowując wyjście sterujące do momentu zminimalizowania błędu.
Zastosowania kontrolerów PID
Kontrolery PID są używane w szerokiej gamie aplikacji, w tym:
Automatyzacja przemysłowa
W zakładach produkcyjnych kontrolery PID są wykorzystywane do kontrolowania temperatury, ciśnienia i szybkości przepływu różnych procesów. Na przykład w elektrowni chemicznej kontroler PID można zastosować do utrzymania temperatury naczynia reakcyjnego o określonej wartości, aby zapewnić jakość produktu chemicznego.
Robotyka
Kontrolery PID są niezbędne do kontrolowania pozycji, prędkości i siły robotycznych ramion i stawów. Pomagają robotom w wykonywaniu precyzyjnych zadań, takich jak wybór - i - miejsce w miejscu i spawania.
Systemy HVAC
Systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC) wykorzystują kontrolery PID do utrzymania wygodnego środowiska wewnętrznego. Kontrolują temperaturę, wilgotność i przepływ powietrza w budynkach.
Nasze oferty kontrolera
Jako dostawca kontrolera oferujemy różnorodne kontrolery wysokiej jakości, w tymEPC Stepleless kontroler regulacji, ThePrzenośny kontroler EPCiPDLC Dimming Glass Controller.
Kontroler regulacji EPC zapewnia precyzyjną i ciągłą kontrolę, umożliwiając doskonałe strojenie zmiennej procesu. Jest odpowiedni do zastosowań, w których wymagany jest wysoki poziom dokładności. Z drugiej strony kontroler przenośny EPC jest przeznaczony do przenośności i łatwości użytkowania. Może być używany w różnych ustawieniach, co czyni go wszechstronną opcją dla różnych projektów. Kontroler ściemnikowy PDLC jest specjalnie zaprojektowany do kontrolowania przezroczystości szkła ściemniowego PDLC, który jest szeroko stosowany w inteligentnych budynkach i aplikacjach motoryzacyjnych.
Skontaktuj się z nami w celu zamówienia
Jeśli jesteś zainteresowany naszymi kontrolerami lub ogólnie masz pytania dotyczące kontrolerów PID, zachęcamy do skontaktowania się z nami w celu uzyskania zamówień i dalszych dyskusji. Nasz zespół ekspertów jest gotowy pomóc w znalezieniu odpowiedniego kontrolera dla twoich konkretnych potrzeb.
Odniesienia
- Åström, KJ i Hägglund, T. (2006). Kontrolery PID: teoria, projekt i strojenie. Instrument Society of America.
- Dorf, RC i Bishop, RH (2017). Nowoczesne systemy sterowania. Pearson.
