En differensial proporsjonal-integrert kontroller er en enhet som er installert i automatiserte systemer for å opprettholde en gitt parameter som er i stand til å endres.
Ved første øyekast er alt forvirrende, men PID-kontroll kan også forklares for dummies, d.v.s. personer som ikke er helt kjent med elektroniske systemer og enheter.
Innhold
Hva er en PID-kontroller?
PID-kontroller er en enhet innebygd i kontrollsløyfen med obligatorisk tilbakemelding. Den er designet for å opprettholde innstilte nivåer av settpunkter, for eksempel lufttemperatur.
Enheten leverer et kontroll- eller utgangssignal til kontrollenheten, basert på dataene mottatt fra sensorene eller sensorene. Kontrollere har høy nøyaktighet av forbigående prosesser og kvaliteten på oppgaven.
Tre koeffisienter til PID-kontrolleren og driftsprinsippet
Jobben til PID-kontrolleren er å gi et utgangssignal for mengden kraft som kreves for å opprettholde den kontrollerte variabelen på et gitt nivå. For å beregne indikatoren brukes en kompleks matematisk formel, som inkluderer 3 koeffisienter - proporsjonal, integral, differensial.
La oss ta som et reguleringsobjekt en beholder med vann, der det er nødvendig å opprettholde temperaturen på et gitt nivå ved å justere graden av åpning av ventilen med damp.
Den proporsjonale komponenten vises i øyeblikket av uenighet med inndataene. Med enkle ord høres det slik ut - forskjellen mellom den faktiske temperaturen og ønsket temperatur tas, multiplisert med en justerbar koeffisient og et utgangssignal oppnås, som skal påføres ventilen. De. så snart gradene faller, starter oppvarmingsprosessen, de stiger over ønsket merke - den slår seg av eller til og med avkjøles.
Deretter kommer den integrerte komponenten, som er designet for å kompensere for miljøpåvirkningen eller andre forstyrrende påvirkninger på å opprettholde temperaturen på et gitt nivå. Siden det alltid er flere faktorer som påvirker enhetene som kontrolleres, endres tallet allerede når data mottas for å beregne den proporsjonale komponenten. Og jo større ytre påvirkning er, desto sterkere oppstår svingningene i indikatoren. Strømstøt oppstår.
Integralkomponenten prøver, basert på tidligere temperaturverdier, å returnere verdien hvis den har endret seg. Prosessen er beskrevet mer detaljert i videoen nedenfor.
Og deretter brukes utgangssignalet til regulatoren, i henhold til koeffisienten, for å øke eller redusere temperaturen. Over tid velges verdien som kompenserer for eksterne faktorer, og hoppene forsvinner.
Integralet brukes til å eliminere feil ved å beregne den statiske feilen. Det viktigste i denne prosessen er å velge riktig koeffisient, ellers vil feilen (mismatch) også påvirke den integrerte komponenten.
Den tredje komponenten i PID er differensiatoren. Den er designet for å kompensere for påvirkningen av forsinkelser som oppstår mellom påvirkningen på systemet og tilbakemeldingen. Proporsjonalkontrolleren leverer strøm til temperaturen når ønsket nivå, men når informasjon går til enheten, spesielt ved store verdier, oppstår det alltid feil. Dette kan føre til overoppheting. Differensialen forutsier avvik forårsaket av forsinkelser eller miljøpåvirkninger og reduserer den tilførte effekten på forhånd.
PID-kontroller tuning
PID-kontrollerinnstilling utføres på to metoder:
- Syntese innebærer beregning av parametere basert på modellen til systemet. Denne innstillingen er nøyaktig, men krever dyp kunnskap om teorien om automatisk kontroll. Det er kun underlagt ingeniører og forskere. Siden det er nødvendig å fjerne forbrukskarakteristikkene og gjøre en haug med beregninger.
- Den manuelle metoden er basert på prøving og feiling. For å gjøre dette tas dataene til et allerede ferdig system som grunnlag, noen justeringer gjøres til en eller flere koeffisienter til regulatoren. Etter å ha slått på og observert det endelige resultatet, endres parametrene i riktig retning. Og så videre til ønsket ytelsesnivå er nådd.
Den teoretiske metoden for analyse og tuning brukes sjelden i praksis, noe som skyldes uvitenhet om egenskapene til kontrollobjektet og en haug med mulige forstyrrende påvirkninger. Eksperimentelle metoder basert på overvåking av systemet er mer vanlig.
Moderne automatiserte prosesser implementeres som spesialiserte moduler under kontroll av programmer for justering av koeffisientene til regulatoren.
Formål med PID-kontrolleren
PID-kontrolleren er designet for å opprettholde en viss verdi på det nødvendige nivået - temperatur, trykk, nivå i en tank, strømning i en rørledning, konsentrasjon av noe, etc., ved å endre kontrollhandlingen på aktuatorer, for eksempel automatiske kontrollventiler, ved å bruke en proporsjonal, integrerende, differensierende størrelse for innstillingen.
Hensikten med bruken er å oppnå et nøyaktig styresignal som er i stand til å kontrollere store industrier og til og med kraftverksreaktorer.
Eksempel på temperaturkontroll
Ofte brukes PID-kontrollere for å kontrollere temperaturen, la oss ta et enkelt eksempel på oppvarming av vann i en tank og vurdere denne automatiske prosessen.
En væske helles i beholderen, som må varmes opp til ønsket temperatur og holdes på et gitt nivå. En temperatursensor er installert inne i tanken - termoelement eller motstandstermometer og er direkte koblet til PID-kontrolleren.
For å varme opp væsken vil vi tilføre damp, som vist i figuren nedenfor, med en automatisk reguleringsventil. Selve ventilen mottar et signal fra regulatoren.Operatøren legger inn temperatursettpunktverdien i PID-regulatoren, som skal opprettholdes i tanken.
Hvis regulatorkoeffisientene ikke er riktig innstilt, vil vanntemperaturhopp oppstå, med ventilen enten helt åpen eller helt lukket. I dette tilfellet er det nødvendig å beregne PID-regulatorkoeffisientene og legge dem inn på nytt. Hvis alt er gjort riktig, vil systemet etter kort tid jevne ut prosessen og temperaturen i tanken holdes på et gitt nivå, mens åpningsgraden av reguleringsventilen vil være i midtstilling.
Lignende artikler:
