Kas ir PID kontrolieris?

PID (no angļu valodas P-proporcionāls, I-integrāls, D-atvasinājums) - regulators ir ierīce, ko izmanto vadības cilpās un kas ir aprīkota ar atgriezenisko saiti. Šie kontrolieri tiek izmantoti, lai ģenerētu vadības signālu automātiskās sistēmās, kur nepieciešams sasniegt augstas prasības pāreju kvalitātei un precizitātei.

PID kontroliera vadības signālu iegūst, pievienojot trīs komponentus: pirmais ir proporcionāls kļūdas signāla vērtībai, otrais ir kļūdas signāla integrālis, un trešais ir tā atvasinājums. Ja kāds no šiem trim komponentiem nav iekļauts pievienošanas procesā, kontrolieris vairs nebūs PID, bet vienkārši proporcionāls, proporcionāli diferencējošs vai proporcionāli integrējošs.

Pirmais komponents ir proporcionāls

Izejas signāls dod proporcionālu komponentu. Šis signāls noved pie pretstatīšanas regulējamā ieejas daudzuma pašreizējai novirzei no iestatītās vērtības. Jo lielāka novirze, jo lielāks signāls. Kad kontrolētā mainīgā ieejas vērtība ir vienāda ar norādīto vērtību, izejas signāls kļūst vienāds ar nulli.

Ja mēs atstājam tikai šo proporcionālo komponentu un izmantojam tikai to, tad regulējamā daudzuma vērtība nekad nenostabilizējas pareizajā vērtībā. Vienmēr pastāv statiskā kļūda, kas vienāda ar kontrolējamā mainīgā novirzes vērtību, ka izejas signāls stabilizējas šajā vērtībā.

Piemēram, termostats kontrolē sildīšanas ierīces jaudu. Izejas signāls samazinās, tuvojoties vēlamajai objekta temperatūrai, un vadības signāls stabilizē jaudu siltuma zudumu līmenī. Tā rezultātā iestatītā vērtība nesasniegs iestatīto vērtību, jo apkures ierīcei vienkārši jābūt izslēgtai un tā sāk atdzist (jauda ir nulle).

Pieaugums starp ieeju un izvadi ir lielāks - statiskā kļūda ir mazāka, bet, ja pastiprinājums (faktiski proporcionalitātes koeficients) ir pārāk liels, tad, ņemot vērā sistēmas kavēšanos (un tie bieži vien ir neizbēgami), tajā drīz sāksies sevis svārstības, un, ja jūs palielināsit koeficients ir vēl lielāks - sistēma vienkārši zaudēs stabilitāti.

Vai arī piemērs motora novietošanai ar pārnesumkārbu. Ar nelielu koeficientu vēlamais darba ķermeņa stāvoklis tiek sasniegts pārāk lēni. Palieliniet koeficientu - reakcija būs ātrāka. Bet, ja jūs vēl vairāk palielināsit koeficientu, motors “pārlidos” pareizajā pozīcijā, un sistēma ātri nevirzīsies vēlamajā pozīcijā, kā varētu gaidīt. Ja tagad proporcionalitātes koeficientu palielināsim vēl vairāk, tad svārstības sāksies netālu no vēlamā punkta - rezultāts vairs netiks sasniegts ...

Otrais komponents ir integrācija

Neatbilstības laika integrālis ir integrējošās sastāvdaļas galvenā sastāvdaļa. Tas ir proporcionāls šim neatņemamajam. Integrējošais komponents tiek izmantots tikai statiskās kļūdas novēršanai, jo kontrolieris laika gaitā ņem vērā statisko kļūdu.

Ja ārēju traucējumu nav, pēc kāda laika regulējamā vērtība tiek stabilizēta pareizajā vērtībā, kad proporcionālais komponents izrādās nulle, un izejas precizitāti pilnībā nodrošinās integrējošais komponents. Bet, ja koeficients nav pareizi izvēlēts, integrējošais komponents var radīt svārstības arī pozicionēšanas punkta tuvumā.

Trešais komponents ir atšķirīgs

Regulējamā daudzuma novirzes maiņas ātrums ir proporcionāls trešajam, diferencējošajam komponentam.Tas ir nepieciešams, lai neitralizētu nākotnē paredzētās novirzes (ko rada ārēja ietekme vai kavēšanās) no pareizās pozīcijas.

PID kontroliera teorija

Kā jūs jau sapratāt, PID kontrolleri tiek izmantoti, lai saglabātu noteiktā daudzuma noteikto vērtību x0, ņemot vērā cita daudzuma u vērtības izmaiņas. Ir uzdotā vērtība vai uzdotā vērtība x0, un ir atšķirība vai neatbilstība (neatbilstība) e = x0-x. Ja sistēma ir lineāra un nekustīga (praktiski tas gandrīz nav iespējams), tad u definīcijai ir spēkā šādas formulas:

Šajā formulā jūs redzat proporcionalitātes koeficientus katram no trim terminiem.

Praksē PID kontrolieri izmanto atšķirīgu formulu noregulēšanai, kur pastiprinājums tiek nekavējoties piemērots visiem komponentiem:

PID kontroles praktiskā puse

PID kontrolētu sistēmu praktiski teorētiskā analīze tiek reti izmantota. Grūtības rada tas, ka vadības objekta īpašības nav zināmas, un sistēma gandrīz vienmēr ir nestabila un nelineāra.

Faktiski strādājošajiem PID kontrolieriem vienmēr ir darbības diapazona ierobežojums no apakšas uz augšu un tas galvenokārt izskaidro to nelinearitāti. Tāpēc noskaņošana gandrīz vienmēr un visur tiek veikta eksperimentāli, kad vadības objekts ir savienots ar vadības sistēmu.

Izmantojot programmatūras vadības algoritma ģenerēto vērtību, ir vairākas specifiskas nianses. Ja mēs runājam, piemēram, par temperatūras kontroli, tad bieži vien joprojām ir vajadzīga nevis viena, bet gan divas ierīces vienlaikus: pirmā kontrolē sildīšanu, otrā kontrolē dzesēšanu. Pirmais piegādā apsildāmo dzesēšanas šķidrumu, otrais - dzesēšanas šķidrumu. Var apsvērt trīs praktisko risinājumu iespējas.

Pirmais ir tuvu teorētiskajam aprakstam, kad izeja ir analogs un nepārtraukts lielums. Otrais ir izeja impulsu komplekta formā, piemēram, pakāpju motora vadīšanai. Trešais - PWM vadībakad izeja no regulatora kalpo impulsa platuma iestatīšanai.

Mūsdienās tiek gatavotas gandrīz visas automatizācijas sistēmas pamatojoties uz PLC, un PID kontrolleri ir īpaši moduļi, kas tiek pievienoti vadības kontrolierī vai parasti tiek programmēti ieviesti, ielādējot bibliotēkas. Lai pareizi iestatītu ieguvumu šādos kontrolleros, to izstrādātāji nodrošina īpašu programmatūru.