I. UVOD
U industrijskoj automatizaciji i dizajnu upravljačkog sistema, PID kontroler (proporcionalni-integralni-diferencijalni kontroler) i PWM kontroler (kontrolor pulsne širine) su dvije najčešće korištene strategije upravljanja. Iako oba mogu da realizuju preciznu kontrolu sistema, postoje značajne razlike u principu, primeni i karakteristikama upravljanja. U ovom radu će se PID kontroler i PWM kontroler uporediti i detaljno analizirati kako bi se otkrile razlike između njih.
II. Pregled PID regulatora
PID kontroler je algoritam upravljanja zasnovan na povratnim informacijama{0}}, koji se sastoji od tri kontrolna člana proporcionalna (P), integralna (I) i diferencijalna (D). Mjeri razliku između izlazne vrijednosti kontroliranog objekta i željene vrijednosti (tj. greške), a zatim obrađuje grešku prema tri kontrolna člana P, I i D kako bi se dobio izlaz regulatora. Princip PID regulatora je baziran na povratnoj regulaciji greške, i ima sposobnost adaptacije, tako da može dinamički prilagoditi parametre upravljanja prema stvarnoj situaciji.
Princip
Princip PID regulatora zasniva se na povratnoj regulaciji greške. Prvo mjeri izlaznu vrijednost kontroliranog objekta, a zatim je uspoređuje sa željenom vrijednošću kako bi se dobila greška. Zatim se greška obrađuje prema proporcionalnim, integralnim i diferencijalnim kontrolnim članovima da bi se dobio izlaz kontrolera. Među njima, proporcionalni kontrolni član je proporcionalan grešci i koristi se za brzo smanjenje greške; integralni kontrolni termin se uglavnom koristi za eliminaciju kumulativne greške i učini sistem stabilnijim; diferencijalni kontrolni termin prilagođava izlaz kontrolera prema stopi promjene greške, što čini odziv sistema bržim i smanjuje prekoračenje.
Prijave
PID kontroleri se široko koriste u sistemima upravljanja industrijskom automatizacijom, kontroli elektronske opreme, robotici i drugim poljima. U sistemima za kontrolu temperature, PID regulatori prilagođavaju izlaz opreme za grijanje ili hlađenje kako bi stabilizirali kontroliranu temperaturu blizu željene vrijednosti preciznim mjerenjem razlike između kontrolirane temperature i željene temperature. U robotici, PID kontroleri se obično koriste za kontrolu položaja, gdje se mjeri razlika između stvarnog i željenog položaja robota i podešava izlaz pokretača robota kako bi se postigla precizna kontrola položaja. Osim toga, PID regulatori se široko koriste u kontroli motora, kontroli protoka i drugim poljima.
Kontrolne karakteristike
PID kontroler ima mogućnost samo{0}}prilagođavanja, i može dinamički podesiti regulacijske parametre prema stvarnoj situaciji. Može brzo reagovati u stabilnom stanju i može se oduprijeti vanjskim smetnjama i promjenama sistema. Osim toga, PID regulator ima i karakteristike precizne kontrole i visoke stabilnosti, čime se može ostvariti precizna kontrola sistema.
III. Pregled PWM kontrolera
PWM kontroler je strategija upravljanja koja kontrolira prosječni nivo izlaznog signala podešavanjem radnog ciklusa impulsa. Kontrolira željeni izlaz periodičnim uključivanjem i isključivanjem napajanja, kontroliranjem omjera vremena uključivanja i vremena isključenja. PWM kontroleri se široko koriste u scenarijima primjene gdje je potrebno simulirati kontinuirane signale, kao što je kontrola brzine DC motora, podešavanje svjetline LED-a, audio pojačala i tako dalje.
Princip
Princip PWM kontrolera je da kontroliše napon i struju u kolu promjenom širine impulsa. U PWM signalu, visoki nivo traje duže, a niski kraće, čime se mijenja izlazna snaga u kolu. Konkretno, kada je PWM signal visok, prekidač u kolu se otvara i struja teče kroz opterećenje; kada je PWM signal nizak, prekidač se zatvara i struja prestaje da teče. Stoga, variranjem omjera vremena visokog i niskog nivoa PWM signala, može se ostvariti kontrola napona i struje u kolu.
Prijave
PWM kontroleri se obično koriste u scenarijima primjene gdje je potrebno simulirati kontinuirane signale, kao što je kontrola brzine DC motora, podešavanje svjetline LED-a i audio pojačala. U ovim aplikacijama, PWM kontroleri mogu precizno kontrolisati prosječni nivo izlaznog signala podešavanjem radnog ciklusa impulsa, čime se ostvaruje precizna kontrola uređaja.
Kontrolne karakteristike
PWM kontroler je vrlo osjetljiv na frekvenciju prebacivanja signala i radni ciklus i može precizno kontrolirati prosječni nivo izlaza. Može brzo reagirati i prilagoditi izlaz, ali nema mogućnost samo-prilagođavanja. Prednosti PWM kontrolera su jednostavne i intuitivne, jednostavne za implementaciju i niske cijene, pogodne za neke scenarije primjene koji ne zahtijevaju visoku preciznost upravljanja.
IV. Poređenje PID regulatora i PWM kontrolera
Poređenje principa
PID regulator se zasniva na principu povratne regulacije greške, mjerenjem razlike između izlazne vrijednosti kontrolisanog objekta i željene vrijednosti (tj. greške), a zatim prema proporcionalnim, integralnim i diferencijalnim kontrolnim članovima na obradi greške, izlaza regulatora. PWM kontroler, s druge strane, kontroliše napon i struju u kolu promjenom širine impulsa kako bi se ostvarila kontrola prosječnog nivoa izlaznog signala.
Poređenje aplikacija
PID kontroleri su prikladni za scenarije primjene koji zahtijevaju preciznu kontrolu i stabilnost, kao što je kontrola temperature, kontrola položaja, kontrola brzine i tako dalje. PWM kontroleri se obično koriste u aplikacijama koje zahtijevaju analogne kontinuirane signale, kao što je kontrola brzine DC motora, podešavanje svjetline LED-a, audio pojačala i tako dalje. Budući da PWM kontroleri nemaju sposobnost prilagođavanja, možda neće biti prikladni u nekim aplikacijama koje zahtijevaju visoku preciznost upravljanja.
Poređenje kontrolnih karakteristika
PID kontroler ima mogućnost samo{0}}prilagođavanja, i može dinamički podesiti parametre upravljanja prema stvarnoj situaciji. Može brzo da reaguje u stabilnom stanju i otporan je na spoljne smetnje i promene sistema. Osim toga, PID regulator karakterizira precizna kontrola i visoka stabilnost. PWM kontroler je, s druge strane, vrlo osjetljiv na frekvenciju prebacivanja signala i radni ciklus, i može precizno kontrolirati prosječni nivo izlaza. Međutim, on nema sposobnost samoprilagođavanja i ne može dinamički prilagođavati kontrolne parametre prema stvarnoj situaciji u sistemu. Stoga može imati neka ograničenja u nekim aplikacijama koje zahtijevaju visoku preciznost kontrole.
V. Zaključak.
Da rezimiramo, postoje značajne razlike između PID kontrolera i PWM kontrolera u smislu principa, primjene, upravljačkih karakteristika itd. PID kontroler se zasniva na principu povratne regulacije greške, koju karakterizira samo-sposobnost samoprilagodljivosti, precizno upravljanje i visoka stabilnost, te je pogodan za scenarije primjene koji zahtijevaju preciznu kontrolu i stabilnost. PWM kontroler, s druge strane, kontrolira prosječnu razinu izlaznog signala mijenjajući širinu impulsa, što ima prednosti što je jednostavno, intuitivno, lako se implementira i niske cijene, te je pogodno za neke scenarije primjene koji ne zahtijevaju visoku preciznost upravljanja. Prilikom odabira kontrolera za korištenje, potrebno je sveobuhvatno razmotriti u skladu sa specifičnim zahtjevima aplikacije i ciljevima kontrole.