A PID-vezérlő megértése

A PID-szabályozás elméletének első sikeres értékelését gyakorlatilag a hajók automatikus kormányrendszereinek területén igazolták, 1920 körül. Ezt követően különböző ipari automatizált folyamatirányításokban alkalmazták, amelyekhez optimalizált és pontos gyártási teljesítmény-előírásokra volt szükség. A gyártási egységeknél a PID-t a pontos pneumatikus vezérlés elérése érdekében népszerűvé tették, és végül a PID-elméletet alkalmazták az elektronikus vezérlőkben a modern időkben.

Mi a PID vezérlő

A PID kifejezés az arányos integrált derivált vezérlő rövidítése, amely egy visszacsatoló hurok mechanizmus, amelyet különféle ipari vezérlő gépek és sok más hasonló alkalmazás pontos vezérléséhez terveztek, amelyek kritikus és automatizált modulációs vezérlést igényelnek.

Ennek megvalósítása érdekében egy PID vezérlő folyamatosan figyeli a rendszer működését, és kiszámolja az indukált hibaelemet. Ezután értékeli ezt a pillanatnyi hibaértéket a kívánt alapérték (SP) és a mért folyamatváltozó (PV) közötti különbség formájában.

A fentiekre való hivatkozással azonnali és automatikus visszacsatolás-korrekciót hajtunk végre az arányos (P), az integrális (I) és a derivatív (D) kifejezések, és így a PID vezérlő neve alapján.

Egyszerű szavakkal, a PID vezérlő folyamatosan figyeli az adott gép rendszer működését, és folyamatosan korrigálja kimeneti válaszát a külső hatások okozta változásoktól függően, egy meghatározott algoritmuson keresztül. Így biztosítja, hogy a gép mindig a megadott ideális körülmények között működjön.

A PID blokk diagram megértése

A PID-szabályozó sokoldalú vezérlőrendszernek számít, mivel képes 3 vezérlési paraméter észlelésére és kezelésére: arányos, integrális és derivatív, és rendkívül pontos pontossággal alkalmazza a tervezett optimális vezérlést a kimeneten, erre a 3 paraméterre hivatkozva.

Az alábbi kép a PID blokkvázlatát mutatja. Erre a blokkdiagramra hivatkozva gyorsan megérthetjük a PID működésének alapelvét.

kép jóvoltából: en.wikipedia.org/wiki/File:PID_en.svg

Itt olyan változók halmazát láthatjuk, mint a hibaértéknek megfelelő e (t), a megcélzott alapértéknek megfelelő r (t), és a mért folyamatváltozóként y (t). A PID vezérlő működése során figyeli az e (t) hibaértéket azáltal, hogy értékeli a tervezett r (t) vagy SP alapjel és a mért y (t) vagy PV folyamatérték közötti különbséget, és ennek következtében a paraméterek segítségével visszacsatolási korrekciót vagy optimalizálást hajt végre mégpedig: arányos, integrál és derivált.

A vezérlő továbbra is erőfeszítéseket tesz a hibahatás csökkentésére azáltal, hogy az u (t) vezérlő változót friss értékekre állítja a vezérlési feltételek elemzett súlyozott összege (p, I, d) alapján.

Például egy szelepvezérlés működésekor annak nyitása és zárása a PID által komplex értékelésekkel folyamatosan változtatható, amint azt a fentiekben kifejtettük.

A bemutatott rendszerben a különféle kifejezések az alábbiak szerint értelmezhetők:

P- Vezérlő:

A P kifejezés arányos az SP (PV) eredményének értékelésével kapott pillanatnyi e (t) hibaértékekkel. Abban a helyzetben, amikor a hibaérték általában nagyobb lesz, a vezérlő kimenet is arányosan nagyobb lesz a „K” erősítési tényezőre való tekintettel. Ugyanakkor egy kompenzációt igénylő folyamatban, például a hőmérséklet-szabályozásban, az arányos szabályozás önmagában pontatlanságokhoz vezethet az alapjel és a tényleges folyamatérték között, mivel hibaarányos visszajelzés nélkül nem képes kielégítően működni az arányos válasz létrehozásához. Arra utal, hogy hiba visszajelzés nélkül a helyes korrekciós válasz nem biztos, hogy lehetséges.

I- Vezérlő:

Az I kifejezés felelőssé válik az SP - PV hibák korábban kiértékelt értékeiért, és működési időszaka alatt integrálja azokat az I kifejezés létrehozásához. Például az arányos vezérlés alkalmazása közben, ha az SP - PV valamilyen hibát okoz, az I paraméter aktívvá válik, és megpróbálja megszüntetni ezt a maradék hibát. Ez valójában egy olyan vezérlési válasz esetén történik, amelyet a korábban rögzített hiba kumulatív értéke miatt váltottak ki. Amint ez megtörténik, az I kifejezés tovább fokozódik. Ez az arányos hatás megfelelő minimalizálását okozza a hiba tényező csökkenésével, bár ez az integrális hatás kialakulásával kompenzálódik is.

D- Vezérlő:

A D kifejezés a legmegfelelőbb közelítés, amelyet az SP - PV hiba fejlődő trendjeire vezetünk le, a hiba tényező pillanatnyi változásának sebességétől függően. Ha ez a változás mértéke gyorsan növekszik, a visszacsatolás-vezérlés agresszívebben valósul meg, és fordítva.

Mi a PID hangolás

A fent tárgyalt paraméterek helyes kiegyensúlyozást igényelhetnek az optimális vezérlési funkció biztosításához, és ezt a „hurokhangolásnak” nevezett folyamat révén lehet elérni. Az érintett hangolási állandókat „K” -ként jelöljük, amint azt a következő levonások mutatják. Ezeknek az állandóknak mindegyikét külön-külön kell levezetni egy kiválasztott alkalmazáshoz, mivel az állandók szigorúan függnek és változóak a hurokban részt vevő specifikus külső paraméterek jellemzőinek és hatásainak függvényében. Ezek magukban foglalhatják az adott paraméter mérésére használt érzékelők válaszát, a végső fojtóelemet, például egy vezérlőszelepet, a hurokjelben esetlegesen eltelt időt és magát a folyamatot stb.

Elfogadható, hogy a megvalósítás kezdetekor az alkalmazottak típusa alapján hozzávetőleges értékeket alkalmazzunk az állandókra, azonban ez végül komoly finomhangolást és módosítást igényelhet gyakorlati kísérletezéssel, a beállított pontok változtatásának kényszerítésével, majd a rendszer vezérlése.

Legyen szó matematikai modellről vagy gyakorlati ciklusról, mindkettő „közvetlen” vezérlő műveletet alkalmazhat a megadott kifejezésekhez. Ha pozitív hiba növekedését észleljük, akkor ennek megfelelően megnövekedett pozitív kontroll indul a helyzet szabályozására az összesített kifejezéssel együtt.

Szükség lehet azonban ennek megfordítására azokban az alkalmazásokban, ahol a kimeneti paraméternek ellentétesen konfigurált jellemzője lehet, ami fordított korrekciós intézkedést tesz szükségessé. Vizsgáljuk meg egy áramlási hurok példáját, ahol a szelepnyitási folyamat 100% -os és 0% -os kimeneten történő működésre van megadva, de megfelelő 0% és 100% kimenettel kell vezérelni, ebben az esetben a fordított korrekciós vezérlés válik elengedhetetlenné. Pontosabban vegyünk figyelembe egy olyan vízhűtési rendszert, amelynek van egy védelmi funkciója, amelyben a szelepnek a jelvesztés során 100% -ban nyitottnak kell lennie. Ebben az esetben a vezérlő kimenetének jel hiányában képesnek kell lennie 0% -os vezérlésre váltani, hogy a szelep teljes 100% -ban kinyílhasson, ezt „fordított működésű” vezérlésnek nevezzük.

A vezérlő funkció matematikai modellje

Ebben a matematikai modellben az összes nem negatív Kp, Ki és Kd konstans az arányos, az integrális és a derivált tagok együtthatóit jelöli (egyes esetekben ezeket P, I és D jelöléssel is ellátják).

A PID-ellenőrzési feltételek testreszabása

A fenti megbeszélésekből megértettük, hogy alapvetően a PID vezérlőrendszer három vezérlési paraméterrel működik, azonban néhány kisebb alkalmazás előnyben részesíti ezeket a kifejezéseket, vagy akár egyetlen kifejezést is a három kifejezésből.

A testreszabás úgy történik, hogy a fel nem használt kifejezést nullára állítja, és beépíti a pár PI, PD vagy egyes kifejezést, például P vagy I. Ezek közül a PI vezérlő konfigurációja gyakoribb, mivel a D kifejezés általában hajlamos a zajra befolyásolja, ezért a legtöbb esetben megszünteti, hacsak nem szigorúan kötelező. Az I kifejezés általában benne van, mivel biztosítja a rendszert, hogy a kimeneten elérje a kívánt optimális célértéket.