Какво е PID контролер и как работи?

PID контролер, съкращение за пропорционален - интегрален - производен контролер, е широко използван механизъм за управление в областта на автоматизацията и инженерството. Като доставчик на контролер съм свидетел от първа ръка значението и гъвкавостта на PID контролерите в различни индустриални и търговски приложения. В този блог ще се задълбоча в това какво е PID контролер и как работи.

Какво е PID контролер?

В основата си PID контролерът е система за контрол на обратната връзка, която непрекъснато изчислява стойността на грешката като разликата между желаната зададена точка и измерена променлива на процеса. Въз основа на тази грешка той изчислява контролен изход, за да сведе до минимум грешката във времето. Трите термина - пропорционални, неразделни и производни - работят в тандем за постигане на тази цел.

Пропорционален термин (p)

Пропорционалният термин е пряко пропорционален на текущата грешка. Когато има отклонение между зададената точка и променливата на процеса, контролерът генерира изход, който е пропорционален на тази грешка. Например, ако зададената точка за система за контрол на температурата е 50 ° C и температурата на тока е 40 ° C, грешката е 10 ° C. Пропорционалното усилване (KP) се умножава по тази грешка, за да се получи контролен изход. По -високата стойност на kp ще доведе до по -голям контролен изход за същата грешка, което ще доведе до реагиране на системата по -агресивно. Ако обаче KP е зададен твърде високо, това може да доведе до превишаване, където променливата на процеса надвишава зададената точка и се колебае около нея.

Интегрален термин (i)

Интегралният термин отчита натрупаната грешка във времето. Той обобщава всички минали грешки и умножава тази сума по интегралната печалба (KI). Този термин е полезен за елиминиране на стабилни грешки в състоянието. В някои системи, дори след като пропорционалният термин е коригирал контролния изход, все още може да има малка постоянна грешка. Интегралният термин постепенно увеличава контролния изход, докато тази грешка не бъде елиминирана. Например, в система за контрол на скоростта за двигател, ако има малка постоянна разлика между желаната скорост и действителната скорост, интегралният термин ще продължи да увеличава контролния сигнал, докато скоростта достигне зададената точка.

Производен термин (D)

Терминът на производно се основава на скоростта на промяна на грешката. Той изчислява наклона на кривата на грешки и я умножава чрез печалбата на производното (KD). Този термин помага да се прогнозират бъдещи грешки и да се потискат колебанията. Когато грешката се променя бързо, терминът на производното ще генерира голям контролен изход в обратна посока, за да забави промяната. Например, в роботизирана система за управление на позицията на рамото, ако ръката се приближава до зададената точка твърде бързо, терминът на производното ще намали контролния сигнал, за да предотврати превишаване.

Как работи PID контролер?

Работата на PID контролер може да бъде разбита на серия от стъпки:

Стъпка 1: Определение на зададена точка

Първата стъпка е да се определи желаната стойност или зададена точка за променливата на процеса. Това може да бъде температура, налягане, скорост или всяко друго физическо количество, което трябва да бъде контролирано. Например, в домашна отоплителна система, зададената точка може да бъде настроена на 22 ° C от собственика на дома.

Стъпка 2: Измерване на променливата на процеса

Действителната стойност на променливата на процеса се измерва с помощта на сензор. В случай на домашна отоплителна система ще се използва температурен сензор за измерване на текущата стайна температура.

Стъпка 3: Изчисляване на грешки

Грешката се изчислява като разликата между зададената точка и измерената променлива на процеса. Ако зададената точка е 22 ° C, а измерената температура е 20 ° C, грешката е 2 ° C.

Стъпка 4: Изчисляване на контролния изход

След това PID контролерът изчислява контролния изход, използвайки следната формула:

[u (t) = k_p e (t) + k_i \ int_ {0}^{t} e (\ tau) d \ tau + k_d \ frac {de (t)} {dt}]

където (u (t)) е контролният изход във време (t), (e (t)) е грешката в момента (t), (k_p) е пропорционалната печалба, (k_i) е интегралната печалба, а (k_d) е производното усилване.

Стъпка 5: Контрол на задвижването

Изчисленият контролен изход се изпраща на задвижващ механизъм, който е устройство, което може да промени променливата на процеса. В домашната отоплителна система задвижването може да бъде нагревател. Контролният изход определя мощността, доставена към нагревателя, увеличава или намалява топлинния изход, за да доближи температурата до зададената точка.

Стъпка 6: Непрекъснато наблюдение и настройка

PID контролерът непрекъснато повтаря стъпки 2 - 5, наблюдава променливата на процеса, изчислява грешката и коригира контролния изход, докато грешката не бъде сведена до минимум.

Приложения на PID контролери

PID контролерите се използват в широк спектър от приложения, включително:

Индустриална автоматизация

В производствените инсталации PID контролерите се използват за контрол на температурата, налягането и скоростта на потока на различни процеси. Например, в химическо растение може да се използва PID контролер за поддържане на температурата на реакционния съд в специфична стойност, за да се гарантира качеството на химическия продукт.

Роботика

PID контролерите са от съществено значение за контролиране на позицията, скоростта и силата на роботизирани рамена и стави. Те помагат на роботите да изпълняват прецизни задачи като Pick - и - поставяне на операции и заваряване.

HVAC системи

Системите за отопление, вентилация и климатизация (HVAC) използват PID контролери, за да поддържат удобна среда на закрито. Те контролират температурата, влажността и въздушния поток в сградите.

Нашите предложения за контролер

Като доставчик на контролер предлагаме разнообразие от висококачествени контролери, включителноКонтролер за регулиране на EPC без доверие, TheEPC преносим контролериPDLC затъмнен стъклен контролер.

Контролерът за регулиране на Stepless EPC осигурява прецизно и непрекъснато управление, което позволява фина настройка на променливата на процеса. Подходящ е за приложения, при които е необходимо високо ниво на точност. Преносимият контролер на EPC, от друга страна, е предназначен за преносимост и лекота на използване. Може да се използва в различни настройки, което го прави многостранна опция за различни проекти. PDLC контролерът на стъклото е специално проектиран за контрол на прозрачността на стъклото PDLC затъмняване, което се използва широко в интелигентни сгради и автомобилни приложения.

Свържете се с нас за обществени поръчки

Ако се интересувате от нашите контролери или имате въпроси относно PID контролерите като цяло, ние ви насърчаваме да се свържете с нас за поръчки и по -нататъшни дискусии. Екипът ни от експерти е готов да ви помогне да намерите правилния контролер за вашите специфични нужди.

ЛИТЕРАТУРА

• Åström, KJ, & Hägglund, T. (2006). PID контролери: теория, дизайн и настройка. Инструментално дружество на Америка.
• Dorf, RC, & Bishop, RH (2017). Съвременни системи за управление. Пиърсън.