ตัวควบคุม PID คืออะไร

PID (จากภาษาอังกฤษสัดส่วน P, I-integral, D-อนุพันธ์) - อุปกรณ์ควบคุมคืออุปกรณ์ที่ใช้ในการควบคุมลูปพร้อมกับลิงค์ข้อเสนอแนะ คอนโทรลเลอร์เหล่านี้ใช้ในการสร้างสัญญาณควบคุมในระบบอัตโนมัติที่จำเป็นต่อการบรรลุความต้องการสูงสำหรับคุณภาพและความถูกต้องของทรานเซสชั่น

สัญญาณควบคุมของคอนโทรลเลอร์ PID นั้นได้มาจากการเพิ่มส่วนประกอบสามอย่าง: อันแรกนั้นเป็นสัดส่วนกับค่าของสัญญาณผิดพลาดที่สองคือการรวมของสัญญาณผิดพลาดและที่สามคืออนุพันธ์ของมัน หากองค์ประกอบใด ๆ ในสามองค์ประกอบเหล่านี้ไม่รวมอยู่ในกระบวนการเพิ่มเติมตัวควบคุมจะไม่เป็น PID อีกต่อไป แต่จะเป็นเพียงแค่การปรับสัดส่วนแบบสัดส่วนการแยกความแตกต่างหรือการผสานแบบสัดส่วน

องค์ประกอบแรกเป็นสัดส่วน

สัญญาณเอาท์พุตให้เป็นสัดส่วน สัญญาณนี้นำไปสู่การตอบโต้การเบี่ยงเบนปัจจุบันของปริมาณอินพุตที่ต้องควบคุมจากค่าที่ตั้งไว้ ความเบี่ยงเบนที่มากขึ้นสัญญาณก็จะยิ่งมากขึ้น เมื่อค่าอินพุตของตัวแปรควบคุมเท่ากับค่าที่ระบุสัญญาณเอาต์พุตจะกลายเป็นศูนย์

หากเราปล่อยเฉพาะองค์ประกอบที่เป็นสัดส่วนนี้และใช้เฉพาะส่วนประกอบนั้นค่าของปริมาณที่จะควบคุมจะไม่คงที่ในค่าที่ถูกต้อง มีข้อผิดพลาดคงที่เท่ากับค่าเบี่ยงเบนของตัวแปรควบคุมที่สัญญาณเอาท์พุทจะคงที่ที่ค่านี้

ตัวอย่างเช่นเทอร์โมสตัทควบคุมพลังของอุปกรณ์ทำความร้อน สัญญาณขาออกจะลดลงตามอุณหภูมิวัตถุที่ต้องการและสัญญาณควบคุมจะรักษาระดับพลังงานไว้ที่ระดับการสูญเสียความร้อน เป็นผลให้ค่าที่ตั้งไว้จะไม่ถึงค่าที่ตั้งไว้เนื่องจากอุปกรณ์ทำความร้อนจะต้องปิดและเริ่มที่จะเย็น (พลังงานเป็นศูนย์)

กำไรระหว่างอินพุทและเอาท์พุทมากกว่า - ข้อผิดพลาดคงที่น้อยกว่า แต่ถ้าได้รับ (ในความเป็นจริงค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน) มีขนาดใหญ่เกินไปจากนั้นความล่าช้าในระบบ (และพวกเขามักจะหลีกเลี่ยงไม่ได้) ค่าสัมประสิทธิ์ยิ่งใหญ่กว่า - ระบบจะสูญเสียความมั่นคง

หรือตัวอย่างของการวางตำแหน่งมอเตอร์ด้วยชุดเกียร์ ด้วยค่าสัมประสิทธิ์ขนาดเล็กตำแหน่งที่ต้องการของร่างกายที่ทำงานจะถึงช้าเกินไป เพิ่มค่าสัมประสิทธิ์ - ปฏิกิริยาจะเร็วขึ้น แต่ถ้าคุณเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์เพิ่มเติมเครื่องยนต์จะ "บินไป" ตำแหน่งที่ถูกต้องและระบบจะไม่ย้ายไปยังตำแหน่งที่ต้องการอย่างรวดเร็วตามที่คาดไว้ ถ้าตอนนี้เราเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนต่อไปการแกว่งจะเริ่มใกล้จุดที่ต้องการ - ผลลัพธ์จะไม่สำเร็จอีกครั้ง ...

องค์ประกอบที่สองคือการบูรณาการ

อินทิกรัลเวลาของความไม่ตรงกันเป็นส่วนหลักขององค์ประกอบการรวม มันเป็นสัดส่วนกับอินทิกรัลนี้ ส่วนประกอบที่รวมเข้าด้วยกันนั้นใช้เพื่อกำจัดข้อผิดพลาดคงที่เท่านั้นเนื่องจากตัวควบคุมเมื่อเวลาผ่านไปจะคำนึงถึงข้อผิดพลาดคง

ในกรณีที่ไม่มีการรบกวนจากภายนอกหลังจากผ่านไประยะเวลาหนึ่งค่าที่จะควบคุมจะถูกทำให้เสถียรที่ค่าที่ถูกต้องเมื่อองค์ประกอบตามสัดส่วนกลายเป็นศูนย์ แต่ส่วนประกอบที่รวมกันยังสามารถสร้างความผันผวนใกล้กับตำแหน่งการวางตำแหน่งหากค่าสัมประสิทธิ์ไม่ถูกต้อง

องค์ประกอบที่สามคือความแตกต่าง

อัตราการเปลี่ยนแปลงของความเบี่ยงเบนของปริมาณที่จะควบคุมนั้นเป็นสัดส่วนกับองค์ประกอบที่สามซึ่งเป็นส่วนประกอบที่แตกต่างกันมันเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อต่อต้านการเบี่ยงเบน (เกิดจากอิทธิพลภายนอกหรือความล่าช้า) จากตำแหน่งที่ถูกต้องซึ่งคาดการณ์ไว้ในอนาคต

ทฤษฎีการควบคุมพีไอดี

ตามที่คุณเข้าใจแล้วตัวควบคุม PID ถูกใช้เพื่อรักษาค่าที่กำหนด x0 ของปริมาณหนึ่งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในค่าของ u ของปริมาณอื่น มี setpoint หรือค่าที่กำหนดคือ x0 และมีความแตกต่างหรือความแตกต่าง (ไม่ตรงกัน) e = x0-x หากระบบเป็นเชิงเส้นและคงที่ (ในทางปฏิบัติมันเป็นไปได้ยาก) สำหรับคำนิยามของ u สูตรต่อไปนี้จะใช้ได้:

ในสูตรนี้คุณจะเห็นค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนสำหรับแต่ละคำสามคำ

ในทางปฏิบัติคอนโทรลเลอร์ PID ใช้สูตรที่แตกต่างกันในการปรับจูนโดยที่เกนถูกนำไปใช้กับส่วนประกอบทั้งหมดทันที:

ด้านการปฏิบัติของการควบคุมพีไอดี

การวิเคราะห์เชิงทฤษฎีของระบบที่ควบคุมด้วย PID นั้นไม่ค่อยได้ใช้ ความยากคือคุณสมบัติของวัตถุควบคุมไม่เป็นที่รู้จักและระบบมักจะไม่เสถียรและไม่เป็นเชิงเส้น

ที่จริงแล้วตัวควบคุม PID ที่ทำงานอยู่นั้นมีข้อ จำกัด ของช่วงการทำงานจากด้านล่างและด้านบนสิ่งนี้อธิบายถึงพื้นฐานของความไม่เชิงเส้น ดังนั้นการปรับจูนจะทำเกือบทุกครั้งและทุกที่จะทำการทดลองเมื่อวัตถุควบคุมเชื่อมต่อกับระบบควบคุม

การใช้ค่าที่สร้างขึ้นโดยอัลกอริทึมการควบคุมซอฟต์แวร์มีความแตกต่างจำนวนหนึ่ง หากเรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับการควบคุมอุณหภูมิบ่อยครั้งที่มันยังคงมีความจำเป็นไม่เพียงแค่ตัวเดียว แต่อุปกรณ์สองตัวในคราวเดียว: ตัวควบคุมความร้อนตัวแรกตัวที่สองควบคุมความเย็น ครั้งแรกที่ส่งมอบน้ำหล่อเย็นอุ่นที่สอง - สารทำความเย็น สามตัวเลือกสำหรับการแก้ปัญหาในทางปฏิบัติได้รับการพิจารณา

อันแรกใกล้เคียงกับคำอธิบายทางทฤษฎีเมื่อเอาต์พุตเป็นปริมาณอะนาล็อกและต่อเนื่อง ตัวอย่างที่สองคือเอาต์พุตในรูปแบบของพัลส์ตัวอย่างเช่นสำหรับการควบคุมสเต็ปเปอร์มอเตอร์ สาม - การควบคุม PWMเมื่อเอาท์พุทจากหน่วยงานกำกับดูแลทำหน้าที่ในการตั้งค่าความกว้างพัลส์

วันนี้เกือบทุกระบบอัตโนมัติอยู่ในระหว่างการก่อสร้าง ขึ้นอยู่กับ PLCและตัวควบคุม PID เป็นโมดูลพิเศษที่ถูกเพิ่มเข้าไปในตัวควบคุมหรือโดยทั่วไปแล้วนำไปใช้โดยทางโปรแกรมโดยการโหลดไลบรารี ในการตั้งค่าการควบคุมในตัวควบคุมอย่างถูกต้องนักพัฒนาของพวกเขาจะให้ซอฟต์แวร์พิเศษ