En differentiel proportional-integral controller er en enhed, der er installeret i automatiserede systemer for at opretholde en given parameter, der er i stand til at ændre sig.
Ved første øjekast er alt forvirrende, men PID-styring kan også forklares for dummies, dvs. mennesker, der ikke er helt fortrolige med elektroniske systemer og enheder.
Indhold
Hvad er en PID-regulator?
PID-regulator er en enhed indbygget i kontrolsløjfen med obligatorisk feedback. Den er designet til at opretholde indstillede niveauer af sætpunkter, såsom lufttemperatur.
Enheden leverer et kontrol- eller udgangssignal til styreenheden baseret på de data, der modtages fra sensorerne eller sensorerne. Controllere har høj nøjagtighed af forbigående processer og kvaliteten af opgaven.
Tre koefficienter for PID-regulatoren og funktionsprincippet
PID-regulatorens opgave er at levere et udgangssignal af den mængde strøm, der kræves for at opretholde den kontrollerede variabel på et givet niveau. For at beregne indikatoren bruges en kompleks matematisk formel, som inkluderer 3 koefficienter - proportional, integral, differential.
Lad os tage som et reguleringsobjekt en beholder med vand, hvori det er nødvendigt at holde temperaturen på et givet niveau ved at justere graden af åbning af ventilen med damp.
Den proportionale komponent vises i det øjeblik, hvor der er uoverensstemmelse med inputdataene. Med enkle ord lyder det sådan - forskellen mellem den faktiske temperatur og den ønskede temperatur tages, ganget med en justerbar koefficient, og der opnås et udgangssignal, som skal påføres ventilen. De der. så snart graderne falder, starter opvarmningsprocessen, de stiger over det ønskede mærke - det slukker eller endda køler ned.
Derefter kommer den integrerede komponent, som er designet til at kompensere for miljøets påvirkning eller andre forstyrrende påvirkninger på at holde vores temperatur på et givet niveau. Da der altid er yderligere faktorer, der påvirker de enheder, der styres, ændres tallet allerede på det tidspunkt, der modtages data for at beregne den proportionale komponent. Og jo større ydre påvirkning er, jo stærkere forekommer indikatorens udsving. Strømstød forekommer.
Den integrerede komponent forsøger, baseret på tidligere temperaturværdier, at returnere sin værdi, hvis den har ændret sig. Processen er beskrevet mere detaljeret i videoen nedenfor.
Og så anvendes regulatorens udgangssignal i henhold til koefficienten for at øge eller mindske temperaturen. Over tid vælges den værdi, der kompenserer for eksterne faktorer, og springene forsvinder.
Integralet bruges til at eliminere fejl ved at beregne den statiske fejl. Det vigtigste i denne proces er at vælge den korrekte koefficient, ellers vil fejlen (mismatch) også påvirke den integrerede komponent.
Den tredje komponent i PID'en er differentiatoren. Den er designet til at kompensere for påvirkningen af forsinkelser, der opstår mellem påvirkningen af systemet og feedbacken. Proportionalregulatoren leverer strøm, indtil temperaturen når det ønskede niveau, men når information passerer til enheden, især ved store værdier, opstår der altid fejl. Dette kan føre til overophedning. Differentialet forudsiger afvigelser forårsaget af forsinkelser eller miljøpåvirkninger og reducerer den tilførte effekt på forhånd.
PID controller tuning
PID-controller tuning udføres på 2 metoder:
- Syntese indebærer beregning af parametre baseret på systemets model. Denne indstilling er nøjagtig, men kræver dybt kendskab til teorien om automatisk kontrol. Det er kun underlagt ingeniører og videnskabsmænd. Da det er nødvendigt at fjerne forbrugsegenskaberne og lave en masse beregninger.
- Den manuelle metode er baseret på forsøg og fejl. For at gøre dette tages dataene fra et allerede færdigt system som grundlag, nogle justeringer foretages til en eller flere koefficienter for regulatoren. Efter at have tændt og observeret det endelige resultat, ændres parametrene i den rigtige retning. Og så videre, indtil det ønskede præstationsniveau er nået.
Den teoretiske metode til analyse og tuning bruges sjældent i praksis, hvilket skyldes uvidenhed om kontrolobjektets egenskaber og en masse mulige forstyrrende påvirkninger. Eksperimentelle metoder baseret på overvågning af systemet er mere almindelige.
Moderne automatiserede processer implementeres som specialiserede moduler under kontrol af programmer til justering af regulatorens koefficienter.
Formål med PID-regulatoren
PID-regulatoren er designet til at opretholde en vis værdi på det krævede niveau - temperatur, tryk, niveau i en tank, flow i en rørledning, koncentration af noget osv., ved at ændre kontrolhandlingen på aktuatorer, såsom automatiske kontrolventiler, ved hjælp af en proportional, integrerende, differentierende mængde til dens indstilling.
Formålet med brugen er at opnå et nøjagtigt styresignal, der er i stand til at styre store industrier og endda kraftværksreaktorer.
Eksempel på temperaturstyring
Ofte bruges PID-regulatorer til at styre temperaturen, lad os tage et simpelt eksempel på opvarmning af vand i en tank og overveje denne automatiske proces.
En væske hældes i beholderen, som skal opvarmes til den ønskede temperatur og holdes på et givet niveau. En temperaturføler er installeret inde i tanken - termoelement eller modstand termometer og er direkte forbundet til PID-regulatoren.
For at opvarme væsken tilfører vi damp, som vist på figuren nedenfor, med en automatisk reguleringsventil. Selve ventilen modtager et signal fra regulatoren.Operatøren indtaster temperatursetpunktværdien i PID-regulatoren, som skal opretholdes i tanken.
Hvis regulatorkoefficienterne ikke er indstillet korrekt, vil der forekomme vandtemperaturspring, hvor ventilen enten er helt åben eller helt lukket. I dette tilfælde er det nødvendigt at beregne PID-regulatorens koefficienter og indtaste dem igen. Hvis alt er udført korrekt, vil systemet efter kort tid udjævne processen, og temperaturen i tanken vil blive holdt på et givet niveau, mens reguleringsventilens åbningsgrad vil være i midterposition.
Lignende artikler:
