Kas yra PID valdiklis?

PID (iš anglų k. P-proporcinis, I-integralas, D-išvestinis) - reguliatorius yra prietaisas, naudojamas valdymo kilpose, turinčiuose grįžtamąjį ryšį. Šie valdikliai naudojami generuoti valdymo signalą automatinėse sistemose, kur būtina pasiekti aukštus reikalavimus pereinamųjų elementų kokybei ir tikslumui.

PID valdiklio valdymo signalas gaunamas pridedant tris komponentus: pirmasis yra proporcingas klaidos signalo vertei, antrasis yra klaidos signalo integralas, o trečiasis yra jo išvestinis. Jei į papildymo procesą neįtrauktas nė vienas iš šių trijų komponentų, valdiklis nebebus PID, o tiesiog proporcingas, proporcingai diferencijuojamas ar proporcingai integruojamas.

Pirmasis komponentas yra proporcingas

Išėjimo signalas suteikia proporcingą komponentą. Šis signalas yra neutralus dabartiniam reguliuojamo įvesties kiekio nukrypimui nuo nustatytos vertės. Kuo didesnis nuokrypis, tuo didesnis signalas. Kai kontroliuojamo kintamojo vertė lygi nustatytai įvesties vertei, išėjimo signalas tampa lygus nuliui.

Jei paliksime tik šį proporcingą komponentą ir naudosime tik jį, tada reguliuojamo kiekio vertė niekada stabilizuosis ties teisinga verte. Visada yra statinė paklaida, lygi tokiai kontroliuojamo kintamojo nuokrypio vertei, kad išvesties signalas stabilizuojasi šia verte.

Pavyzdžiui, termostatas kontroliuoja šildymo prietaiso galią. Išėjimo signalas mažėja artėjant norimai objekto temperatūrai, o valdymo signalas stabilizuoja galią šilumos nuostolių lygiu. Dėl to nustatyta vertė nepasieks nustatytos vertės, nes šildymo prietaisas tiesiog turi būti išjungtas ir pradeda vėsti (galia lygi nuliui).

Pelnas tarp įvesties ir išvesties yra didesnis - statinė paklaida yra mažesnė, tačiau jei padidėjimas (iš tikrųjų proporcingumo koeficientas) yra per didelis, tada, kai sistemoje vėluojama (ir jie dažnai yra neišvengiami), joje netrukus prasidės savaiminiai virpesiai, o jei padidėsite. koeficientas yra dar didesnis - sistema tiesiog praras stabilumą.

Arba variklio su greičių dėže padėties pavyzdys. Esant mažam koeficientui, norima darbinio kūno padėtis pasiekiama per lėtai. Padidinkite koeficientą - reakcija bus greitesnė. Bet jei dar padidinsite koeficientą, variklis „perlips“ į reikiamą padėtį ir sistema greitai nepajudės į norimą padėtį, kaip būtų galima tikėtis. Jei dabar padidinsime proporcingumo koeficientą, virpesiai prasidės arti norimo taško - rezultatas nebus pasiektas vėl ...

Antrasis komponentas yra integracija

Laiko neatitikimo integralas yra pagrindinė integravimo komponento dalis. Tai proporcinga šiam integralui. Integruojantis komponentas naudojamas tik pašalinti statinę klaidą, nes valdiklis per tam tikrą laiką atsižvelgia į statinę klaidą.

Nesant išorinių trikdžių, po kurio laiko reguliuojama vertė stabilizuosis teisinga, kai proporcingas komponentas bus lygus nuliui, o išvesties tikslumą visiškai užtikrins integruojantis komponentas. Be to, jei koeficientas pasirinktas netinkamai, integruojantis komponentas taip pat gali generuoti virpesius šalia padėties nustatymo taško.

Trečiasis komponentas išskiria

Reguliuojamo kiekio nukrypimo pokyčio greitis yra proporcingas trečiajam, skiriančiajam komponentui.Tai būtina norint atsverti ateityje numatomus nukrypimus (kuriuos sukelia išorinis poveikis ar vėlavimas) iš teisingos padėties.

PID valdiklio teorija

Kaip jūs jau supratote, PID valdikliai yra naudojami tam tikram dydžiui išlaikyti nurodytą x0 vertę dėl kito dydžio u vertės pasikeitimo. Yra kontrolinė vertė arba kontrolinė vertė x0, ir yra skirtumas arba neatitikimas (nesutapimas) e = x0-x. Jei sistema yra tiesinė ir nejudanti (praktiškai tai beveik neįmanoma), tada u apibrėžimui galioja šios formulės:

Šioje formulėje matote proporcingumo koeficientus kiekvienai iš trijų sąvokų.

Praktiškai PID valdikliai naudoja kitokią nustatymo formulę, kai sustiprinimas nedelsiant taikomas visiems komponentams:

Praktinė PID kontrolės pusė

Praktiškai teorinė PID kontroliuojamų sistemų analizė naudojama retai. Sunkumas yra tas, kad valdymo objekto charakteristikos nežinomos, o sistema beveik visada yra nestacionari ir netiesinė.

Faktiškai dirbantys PID valdikliai visada riboja veikimo diapazoną iš apačios ir aukščiau, tai iš esmės paaiškina jų netiesiškumą. Todėl beveik visada ir visur derinimas atliekamas eksperimentiškai, kai valdymo objektas yra prijungtas prie valdymo sistemos.

Naudojant programinės įrangos valdymo algoritmo sugeneruotą vertę, yra keletas specifinių niuansų. Pavyzdžiui, jei mes kalbame apie temperatūros valdymą, tada dažnai vis tiek reikia ne vieno, o dviejų prietaisų vienu metu: pirmasis kontroliuoja šildymą, antrasis - vėsinimą. Pirmasis tiekia šildomą aušinimo skystį, antrasis - šaltnešį. Gali būti svarstomos trys praktinių sprendimų galimybės.

Pirmasis yra artimas teoriniam aprašymui, kai išėjimas yra analoginis ir ištisinis dydis. Antrasis yra išėjimas impulsų rinkinio pavidalu, pavyzdžiui, skirtas valdyti žingsninį variklį. Trečia - PWM valdymaskai iš reguliatoriaus išvestis naudojama impulsų pločiui nustatyti.

Šiandien beveik visos automatikos sistemos yra kuriamos remiantis PLC, o PID valdikliai yra specialūs moduliai, kurie pridedami prie valdymo valdiklio arba paprastai įgyvendinami programiškai, įkeliant bibliotekas. Norėdami tinkamai nustatyti padidėjimą tokiuose valdikliuose, jų kūrėjai pateikia specialią programinę įrangą.