Razumijevanje PID kontrolera

Prva uspješna procjena PID teorije upravljanja praktički je provjerena na polju automatskih upravljačkih sustava za brodove, još oko 1920. godine. Nakon toga primijenjena je u raznim industrijskim automatskim upravljačkim procesima koji zahtijevaju optimizirane i točne proizvodne specifikacije. Za proizvodne jedinice PID je popularno primijenjen za postizanje preciznog pneumatskog upravljanja, a na kraju je PID teorija primijenjena u elektroničkim kontrolerima u moderno doba.

Što je PID kontroler

Izraz PID akronim je od proporcionalnog integralnog izvedbenog regulatora, koji je mehanizam povratne sprege, namijenjen preciznom upravljanju različitim industrijskim upravljačkim strojevima i mnogim drugim sličnim aplikacijama koje zahtijevaju kritične i automatizirane kontrole modulacije.

Da bi se to primijenilo, PID regulator kontinuirano nadgleda rad sustava i izračunava element inducirane pogreške. Zatim procjenjuje ovu trenutnu vrijednost pogreške u obliku razlike između potrebne zadane vrijednosti (SP) i izmjerene procesne varijable (PV).

Pozivajući se na gore navedeno, izvršava se trenutna i automatska korekcija povratne sprege u smislu proporcionalnih (P), integralnih (I) i izvedenih (D) izraza, pa otuda i naziv PID regulator.

Jednostavnim riječima, PID kontroler kontinuirano nadzire rad određenog strojnog sustava i neprestano ispravlja svoj izlazni odziv, ovisno o varijacijama uzrokovanim vanjskim utjecajima, kroz navedeni algoritam. Stoga osigurava da stroj uvijek radi u predviđenim idealnim uvjetima.

Razumijevanje blok dijagrama PID

PID regulator se smatra svestranim upravljačkim sustavom zbog svoje sposobnosti otkrivanja i upravljanja 3 upravljačka parametra: proporcionalnog, integralnog i izvedenog, te primjenom predviđene optimalne regulacije na izlazu s iznimnom točnošću, u odnosu na ta 3 parametra.

Na slici ispod prikazan je blok dijagram PID-a. Upućivanjem na ovaj blok dijagram možemo brzo razumjeti osnovni princip rada PID-a.

slika ljubaznošću: en.wikipedia.org/wiki/File:PID_en.svg

Ovdje možemo vidjeti skup varijabli kao što je e (t) koja odgovara vrijednosti pogreške, r (t) koja odgovara ciljanoj zadanoj točki i y (t) kao izmjerena procesna varijabla. PID regulator tijekom svog rada nadzire vrijednost pogreške e (t) procjenjujući razliku između predviđene zadane vrijednosti r (t) ili SP i izmjerene vrijednosti procesa y (t) ili PV, te prema tome izvršava korekciju povratnih informacija ili optimizaciju pomoću parametara i to: proporcionalni, integralni i izvedeni.

Upravljač nastavlja nastojati smanjiti učinak pogreške tijekom cijelog postupka, prilagođavanjem upravljačke varijable u (t) na nove vrijednosti na temelju analiziranog ponderiranog zbroja upravljačkih pojmova (p, I, d).

Na primjer, u radu regulacije ventila, njegovo otvaranje i zatvaranje može se kontinuirano mijenjati pomoću PID-a kroz složene procjene, kao što je gore objašnjeno.

U prikazanom sustavu različiti se pojmovi mogu razumjeti kako je objašnjeno u nastavku:

P- kontroler:

Pojam P proporcionalan je trenutnim vrijednostima pogreške e (t) dobivenim procjenom rezultata za SP - PV. U situaciji kada vrijednost pogreške teži ka povećanju, kontrolni izlaz također postaje proporcionalno veći s obzirom na faktor pojačanja 'K'. Međutim, u procesu koji zahtijeva kompenzaciju, kao što je regulacija temperature, proporcionalno upravljanje pojedinačno može dovesti do netočnosti u odnosu na zadanu vrijednost i stvarnu vrijednost postupka, jer ne može raditi zadovoljavajuće bez povratne informacije o pogrešci kako bi se generirao proporcionalni odgovor. Podrazumijeva da bez povratne informacije o pogrešci možda neće biti moguć ispravan korektivni odgovor.

I- kontroler:

Izraz I postaje odgovoran za prethodno procijenjene vrijednosti pogrešaka SP - PV i integrira ih tijekom svog operativnog razdoblja kako bi stvorio pojam I. Na primjer, dok se proporcionalna kontrola primjenjuje ako SP - PV proizvodi neku pogrešku, parametar I aktivira se i pokušava prekinuti ovu preostalu pogrešku. To se zapravo događa s kontrolnim odgovorom pokrenutim zbog kumulativne vrijednosti ranije zabilježene pogreške. Čim se to dogodi, pojam I prestaje se dalje poboljšavati. To uzrokuje proporcionalni učinak da se na odgovarajući način minimizira kako se faktor pogreške smanjuje, iako se to također kompenzira kako se razvija integralni učinak.

D- kontroler:

Pojam D je najprikladnija aproksimacija izvedena za evolucijske trendove SP - PV pogreške, ovisno o trenutnoj brzini promjene faktora pogreške. Ako se ova brzina promjene brzo poveća, kontrola povratnih informacija implementira se agresivnije i obrnuto.

Što je PID podešavanje

Gore raspravljani parametri mogu zahtijevati ispravno uravnoteženje radi osiguranja optimalne funkcije upravljanja, a to se postiže postupkom koji se naziva 'podešavanje petlje'. Uključene konstante za podešavanje označene su s „K“, kao što je prikazano u sljedećim odbitcima. Svaka od ovih konstanti mora biti pojedinačno izvedena za odabranu aplikaciju, jer konstante strogo ovise i razlikuju se prema karakteristikama i utjecajima specifičnih vanjskih parametara uključenih u petlju. To može uključivati ​​odziv senzora koji se koriste za mjerenje određenog parametra, završni element za prigušivanje kao što je upravljački ventil, mogući protek vremena u signalu petlje i sam postupak itd.

Može biti prihvatljivo koristiti približne vrijednosti za konstante na početku primjene na temelju vrste aplikacije, međutim to u konačnici može zahtijevati ozbiljno fino podešavanje i dotjerivanje kroz praktično eksperimentiranje, forsiranjem promjena zadatih vrijednosti i naknadnim promatranjem odgovora upravljanje sustavom.

Bilo da se radi o matematičkom modelu ili u praktičnoj petlji, može se primijetiti da oba koriste 'izravnu' kontrolu upravljanja za određene pojmove. Što znači kada se otkrije porast pozitivne pogreške, pokreće se odgovarajuće povećana pozitivna kontrola kako bi se kontrolirala situacija za sažete pojmove.

Međutim, ovo može biti potrebno da se poništi u aplikacijama gdje izlazni parametar može imati suprotno konfiguriranu karakteristiku koja zahtijeva obrnutu korektivnu mjeru. Razmotrimo primjer protočne petlje u kojoj je postupak otvaranja ventila specificiran za rad koristeći izlaz od 100% i 0%, ali ga treba kontrolirati s odgovarajućih 0% i 100% izlaza, u ovom slučaju obrnuta korektivna kontrola postaje bitna. Da bismo bili precizniji, razmotrite sustav vodenog hlađenja koji ima zaštitnu značajku u kojoj njegov ventil mora biti 100% otvoren tijekom gubitka signala. U tom slučaju izlaz regulatora mora biti u stanju promijeniti kontrolu na 0% u odsutnosti signala, tako da se ventil može otvoriti s punih 100%, što se naziva kontrolom 'obrnutog djelovanja'.

Matematički model upravljačke funkcije

U ovom matematičkom modelu sve nenegativne konstante Kp, Ki i Kd označavaju koeficijente proporcionalnog, integralnog i izvedenog pojma (u nekim su prilikama također označene s P, I i D).

Prilagođavanje uvjeta PID kontrole

Iz gornjih rasprava shvatili smo da PID sustav upravljanja u osnovi funkcionira s tri kontrolna parametra, međutim neke manje aplikacije možda više vole koristiti nekoliko ovih izraza ili čak jedan od tri pojma.

Prilagođavanje se vrši tako da se neiskorišteni pojam prikaže na nuli i uključi nekoliko izraza PI, PD ili pojedinačni pojmovi kao što su P ili I. Među njima su konfiguracije PI regulatora češće jer je pojam D obično sklon buci utjecaja i stoga otklonjeni u većini slučajeva, osim ako nisu strogo obvezni. Pojam I obično je uključen jer osigurava sustav da postigne željenu optimalnu ciljanu vrijednost na izlazu.