PID kontrolieris ir plaši izmantots kontrolieris rūpnieciskās kontroles jomā, tā pilns nosaukums ir proporcionāli integrāls atvasināts kontrolieris (proporcionāli integrāli atvasināts kontrolieris). Tas ir lineārs kontrolieris, izmantojot proporcionālo (P), integrālo (I) un diferenciālos (D) trīs pielāgošanas parametrus, lai panāktu precīzu sistēmas izejas kontroli.
Pirmkārt, PID kontroliera pamatprincips
Proporcionālā kontrole (P kontrole)
Proporcionālā kontrole ir visvienkāršākā vadības metode PID kontrollerī. Tās galvenā ideja ir salīdzināt novirzi starp sistēmas izejas vērtību un vēlamo vērtību un pēc tam pielāgot kontroles summu atbilstoši novirzes lielumam. Proporcionālās kontroles formula ir:
u (t)=kp * e (t)
Ja u (t) apzīmē kontroles daudzumu, KP apzīmē proporcionalitātes koeficientu un E (t) apzīmē novirzi.
Proporcionālās kontroles priekšrocība ir ātra reakcija, bet trūkumi ir līdzsvara stāvokļa kļūdas esamība, ti, kad sistēma sasniedz līdzsvara stāvokli, joprojām pastāv zināma novirze starp izejas vērtību un vēlamo vērtību.
Neatņemama kontrole (I kontrole)
Tika ieviesta neatņemama kontrole, lai novērstu līdzsvara stāvokļa kļūdu proporcionālā kontrolē. Tās galvenā ideja ir integrēt noviržu uzkrāto vērtību laika gaitā un pēc tam pielāgot kontroles daudzumu atbilstoši integrālajai vērtībai. Integrālās kontroles formula ir:
u (t)=u (t -1) + ki * ∫e (t) dt
kur Ki apzīmē integrālo koeficientu un ∫e (t) DT apzīmē novirzes neatņemamo vērtību.
Integrālās kontroles priekšrocība ir tā, ka tā novērš līdzsvara stāvokļa kļūdu, taču trūkums ir tāds, ka tas var izraisīt sistēmas pārsniegumu un svārstības.
Diferenciālā vadība (D kontrole)
Tika ieviesta diferenciālā kontrole, lai uzlabotu sistēmas stabilitāti un reakcijas ātrumu. Tās galvenā ideja ir paredzēt novirzes tendenci un pēc tam pielāgot kontroles daudzumu atbilstoši tendencei. Diferenciālās kontroles formula ir:
u (t)=u (t -1) + kd * de (t)/dt
kur KD apzīmē diferenciālo koeficientu un DE (T)/DT apzīmē novirzes izmaiņu ātrumu.
Diferenciālās kontroles priekšrocība ir tā, ka tā var uzlabot sistēmas stabilitāti un reakcijas ātrumu, bet trūkumi ir tā, ka tā ir jutīga pret troksni un var izraisīt kontroles daudzuma svārstības.
Otrkārt, PID kontroliera projektēšanas metode
Nosakiet vadības mērķi
Pirms PID kontroliera projektēšanas jums vispirms jādefinē vadības mērķis, tas ir, kādu stāvokli jūs vēlaties sasniegt sistēmas izvadi. Kontroles mērķis var būt līdzsvara stāvokļa kļūda, pārsniegšana, pieauguma laiks utt.
Izveidot matemātisko modeli
Saskaņā ar faktiskās sistēmas darba principu izveidojiet matemātisko modeli. Matemātiskais modelis var būt lineārs vai nelineārs. Lineārām sistēmām modelēšanai var izmantot pārsūtīšanas funkcijas, stāvokļa telpas un citas metodes; Nelineārām sistēmām modelēšanai var izmantot neironu tīklus, izplūdušo kontroli un citas metodes.
Nosakiet PID parametrus
Saskaņā ar kontroles mērķi un matemātisko modeli nosakiet PID kontroliera proporcionālo koeficientu KP, integrālo koeficientu KI un diferenciālo koeficientu KD. Parasti izmantotās parametru noregulēšanas metodes ir:
(1) Empīriskā metode: Saskaņā ar pieredzi atlasiet atbilstošo proporcionālo koeficientu, integrālo koeficientu un diferenciālo koeficientu.
(2) Izmēģinājuma un kļūdu metode: pastāvīgi pielāgojot PID parametrus un novērojot sistēmas reakciju, līdz tiek sasniegts apmierinošs kontroles efekts.
(3) Optimizācijas metode: izmantojiet optimizācijas algoritmus (piemēram, ģenētisko algoritmu, daļiņu spieta algoritmu utt.) Lai optimizētu PID parametrus, lai iegūtu vislabāko vadības efektu.
Simulācijas pārbaude
Pēc PID parametru noteikšanas ir jāveic simulācijas pārbaude. Simulācijas pārbaudi var veikt, izmantojot tādas programmatūras kā MATLAB, Simulink utt. Izmantojot simulācijas pārbaudi, PID kontroliera veiktspēju var pārbaudīt, lai redzētu, vai tā atbilst vadības mērķiem.
Praktisks pielietojums
Pēc simulācijas verifikācijas pieņemšanas PID kontrolieris tiek piemērots faktiskajai sistēmai. Praktiska pielietojuma procesā PID parametri var būt precīzi noregulēti, lai pielāgotos faktiskajiem darba apstākļu izmaiņām.
Treškārt, PID kontroliera pielietojums
PID kontrolieris ir plaši izmantots rūpniecības kontroles jomā, pateicoties tā vienkāršajām, praktiskajām, viegli ieviestajām un citām īpašībām. Kopējās pieteikšanās jomās ietilpst:
Temperatūras kontrole: piemēram, katli, gaisa kondicionieri, ķīmiskie reaktori.
Plūsmas kontrole: piemēram, ūdens sūkņi, kompresori, cauruļvadu pārvadāšana.
Spiediena kontrole: piemēram, hidrauliskās sistēmas, pneimatiskās sistēmas utt.
Ātruma kontrole: piemēram, motori, konveijera jostas utt.
Pozīcijas kontrole: piemēram, roboti, celtņi utt.
Ķīmiskās reakcijas procesa kontrole: piemēram, ķīmiskie reaktori, fermentācijas tvertnes.
Ceturtkārt, PID kontroliera priekšrocības un trūkumi
Priekšrocības
(1) Vienkārša struktūra: PID kontrolieris sastāv no proporcionālām, integrālām, diferenciālām trim daļām, vienkārša struktūra, viegli saprotama un realizēta.
(2) Viegli pielāgojami parametri: PID kontroliera parametrus (KP, KI, KD) var pielāgot atbilstoši vadības mērķim, ir laba elastība.
(3) Plašs pielietojuma diapazons: PID kontrolieri ir piemērojami dažādām lineārām un nelineārām sistēmām ar labu universālumu.
(4) Zemas realizācijas izmaksas: PID kontrolierim ir zemas realizācijas izmaksas, un to var izmantot dažādām rūpniecības vadības sistēmām.
Trūkumi
(1) Jutīgs pret troksni: diferenciālā vadība ir jutīga pret troksni, kas var izraisīt vadības tilpuma svārstības.
(2) Parametru pielāgošanas grūtības: sarežģītām sistēmām PID parametru pielāgošana var būt sarežģīta, nepieciešami daudzi testi un pielāgojumi.
(3) Nespēja tikt galā ar nelineārām sistēmām: nelineārām sistēmām PID kontrolieru veiktspēja nevar tikt galā ar nelineārām sistēmām.