Pochopenie PID regulátora

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Prvé úspešné hodnotenie teórie riadenia PID sa prakticky overilo v oblasti automatických systémov riadenia pre lode už okolo roku 1920. Potom sa uplatňovalo v rôznych priemyselných automatických procesných kontrolách vyžadujúcich optimalizované a presné špecifikácie výrobného výkonu. Pre výrobné jednotky sa PID populárne implementoval na dosiahnutie presného pneumatického riadenia a nakoniec sa teória PID aplikovala v elektronických regulátoroch v modernej dobe.

Čo je PID radič

Termín PID je skratka pre proporcionálny integrálny derivačný radič, ktorý je mechanizmom spätnoväzbovej slučky navrhnutým na presné riadenie rôznych priemyselných riadiacich strojov a mnohých ďalších podobných aplikácií, ktoré si vyžadujú kritické a automatizované riadenie modulácie.



Aby to bolo možné implementovať, PID regulátor nepretržite monitoruje činnosť systému a počíta indukovaný chybový prvok. Potom vyhodnotí túto okamžitú chybovú hodnotu vo forme rozdielu medzi požadovanou žiadanou hodnotou (SP) a nameranou procesnou premennou (PV).

S odkazom na vyššie uvedené sa okamžitá a automatická korekcia spätnej väzby vykonáva v zmysle proporcionálnych (P), integrálnych (I) a derivačných (D) výrazov, a teda názvu PID regulátora.



Jednoducho povedané, PID regulátor nepretržite monitoruje činnosť daného strojového systému a prostredníctvom zadaného algoritmu neustále upravuje svoju výstupnú odozvu v závislosti od zmien spôsobených vonkajšími vplyvmi. Takto zaručuje, že stroj bude vždy pracovať za stanovených ideálnych podmienok.

Pochopenie blokového diagramu PID

PID regulátor je považovaný za všestranný riadiaci systém vďaka svojej schopnosti detegovať a spravovať 3 regulačné parametre: proporcionálne, integrálne a derivačné a aplikovať zamýšľané optimálne riadenie na výstup s extrémnou presnosťou, s odkazom na tieto 3 parametre.

Obrázok nižšie zobrazuje blokovú schému PID. Podľa tohto blokového diagramu môžeme rýchlo pochopiť základný princíp práce s PID.

Bloková schéma PID regulátora

obrázok so zdvorilosťou: en.wikipedia.org/wiki/File:PID_en.svg

Tu môžeme vidieť množinu premenných, ako napríklad e (t) zodpovedajúcich chybovej hodnote, r (t) zodpovedajúcich cieľovej nastavenej hodnote a y (t) ako nameraná procesná premenná. PID regulátor počas celej svojej činnosti monitoruje chybovú hodnotu e (t) hodnotením rozdielu medzi zamýšľanou žiadanou hodnotou r (t) alebo SP a nameranou procesnou hodnotou y (t) alebo PV a následne vykonáva spätnoväzbovú korekciu alebo optimalizáciu pomocou parametrov a to: proporcionálny, integrálny a derivačný.

Regulátor naďalej vynakladá úsilie na zníženie chybového efektu nastavením regulačnej premennej u (t) na čerstvé hodnoty na základe analyzovaného váženého súčtu regulačných výrazov (p, I, d).

Napríklad pri činnosti riadenia ventilu môže byť jeho otváranie a zatváranie kontinuálne menené pomocou PID prostredníctvom zložitých hodnotení, ako je vysvetlené vyššie.

V zobrazenom systéme je možné rôzne výrazy chápať tak, ako sú vysvetlené nižšie:

P- radič:

Termín P je úmerný okamžitým chybovým hodnotám e (t) získaným hodnotením výsledku pre SP - PV. V situácii, keď má chybová hodnota tendenciu narastať, riadiaci výstup sa tiež proporcionálne zväčší s odkazom na faktor zosilnenia „K“. Avšak v procese vyžadujúcom kompenzáciu, ako napríklad v regulácii teploty, môže proporcionálna regulácia solitárne viesť k nepresnostiam v rámci nastavenej hodnoty a skutočnej hodnoty procesu, pretože bez chybnej spätnej väzby nemôže uspokojivo fungovať na generovanie proporcionálnej odozvy. Znamená to, že bez chybovej spätnej väzby nemusí byť možná správna opravná odpoveď.

I- radič:

Termín I sa stáva zodpovedným za predtým vyhodnotené hodnoty chýb SP - PV a integruje ich počas svojho prevádzkového obdobia do vytvorenia termínu I. Napríklad počas uplatňovania proporcionálnej kontroly, ak SP - PV spôsobí chybu, parameter I sa aktivuje a pokúsi sa ukončiť túto zvyškovú chybu. To sa skutočne deje pri reakcii riadenia spustenej v dôsledku kumulatívnej hodnoty chyby zaznamenanej skôr. Len čo sa to stane, termín I sa prestane ďalej zdokonaľovať. To spôsobí, že proporcionálny efekt sa s klesajúcim faktorom chyby zodpovedajúcim spôsobom minimalizuje, aj keď sa s vývojom integrálneho efektu tiež kompenzuje.

D- radič:

Pojem D je najvhodnejšou aproximáciou odvodenou pre vývojové trendy chyby SP - PV v závislosti od okamžitej rýchlosti zmeny chybového faktora. Ak sa táto rýchlosť zmeny rýchlo zvyšuje, riadenie spätnej väzby sa implementuje agresívnejšie a naopak.

Čo je ladenie PID

Vyššie uvedené parametre môžu vyžadovať správne vyváženie, aby sa zabezpečila optimálna funkcia riadenia, a to sa dá dosiahnuť pomocou procesu nazývaného „ladenie slučky“. Zúčastnené ladiace konštanty sú označené ako „K“, ako je uvedené v nasledujúcich odpočtoch. Každá z týchto konštánt musí byť pre vybranú aplikáciu individuálne odvodená, pretože konštanty striktne závisia a líšia sa podľa charakteristík a vplyvov konkrétnych externých parametrov zapojených do slučky. Môžu to zahŕňať odozvu senzorov použitých na meranie daného parametra, konečný škrtiaci prvok, ako napríklad regulačný ventil, možný časový odstup signálu slučky a samotný proces atď.

Môže byť prijateľné použiť aproximované hodnoty pre konštanty na začiatku implementácie na základe typu aplikácie, čo si však v konečnom dôsledku môže vyžadovať určité jemné doladenie a doladenie prostredníctvom praktických experimentov, vynútením zmien v nastavených hodnotách a následným pozorovaním reakcie riadenie systému.

Či už ide o matematický model, alebo v praktickom cykle, obe možno vidieť pri použití „priamej“ riadiacej akcie pre zadané výrazy. To znamená, keď sa zistí zvýšenie pozitívnej chyby, iniciuje sa príslušne zvýšená pozitívna kontrola, aby sa riadila situácia pre zhrnuté príslušné výrazy.

Môže sa však vyžadovať, aby to bolo obrátené v aplikáciách, kde výstupný parameter môže mať opačne nakonfigurovanú charakteristiku vyžadujúcu spätné nápravné opatrenie. Uvažujme príklad prietokovej slučky, v ktorej je proces otvárania ventilu špecifikovaný tak, aby pracoval so 100% a 0% výkonom, ale je potrebné ho riadiť zodpovedajúcim 0% a 100% výkonom, v takom prípade je nevyhnutné spätné korekčné riadenie. Presnejšie, zvážte vodný chladiaci systém s ochranným prvkom, pri ktorom sa vyžaduje, aby bol jeho ventil počas straty signálu 100% otvorený. V takom prípade musí byť výstup regulátora schopný zmeniť na 0% riadenie bez signálu, aby sa ventil mohol otvoriť na celých 100%, čo sa nazýva „spätne pôsobiace“ riadenie.

Matematický model riadiacej funkcie

matematické pre PID regulátor

V tomto matematickom modeli znamenajú všetky nezáporné konštanty Kp, Ki a Kd koeficienty proporcionálnych, integrálnych a derivačných členov (v niektorých prípadoch sa tiež označujú ako P, I a D).

Prispôsobenie podmienok kontroly PID

Z vyššie uvedených diskusií sme pochopili, že riadiaci systém PID v zásade pracuje s tromi riadiacimi parametrami, avšak niektoré menšie aplikácie môžu uprednostniť použitie niekoľkých z týchto výrazov alebo dokonca jedného z týchto troch výrazov.

Prispôsobenie sa vykoná tak, že nepoužitý výraz sa nastaví na nulu a vloží sa doň niekoľko výrazov PI, PD alebo jednotlivé výrazy ako P alebo I. Medzi nimi je bežnejšia konfigurácia PI radiča, pretože výraz D je zvyčajne náchylný na šum. vplyvy, a preto sú vo väčšine prípadov eliminované, pokiaľ to nie je striktne povinné. Termín I je zvyčajne zahrnutý, pretože zaisťuje, aby systém dosiahol požadovanú optimálnu cieľovú hodnotu na výstupe.




Predošlý: Ako navrhnúť prevodník Flyback - komplexný návod Ďalej: 5 KVA až 10 KVA automatický stabilizátor napätia - 220 voltov, 120 voltov