Sa brzim razvojem elektronike, računara, komunikacija, dijagnoze greške, provjere redundancije i tehnologiju grafičke ekrane, razina industrijske automatizacije se također povećava. Međutim, u proizvodnom procesu, kvalitet proizvoda uplitanjem više faktora i učini prednosti inferiorne razine automatizacije. Od tada se pojavila teorija PID Control.
Automatski upravljački sustavi mogu se podijeliti u sistem kontrole na otvorenom i sisteme za kontrolu zatvorenog petlje. Kontrolni sistem uključuje kontrolere, senzore, predajnike, aktuatore, ulazne i izlazne sučelje pomoću PID kontrole za postizanje tlaka, temperature, protoka, regulatora nivoa, programibilnih kontrolora koji mogu realizirati funkciju PID kontrole (PLC), kao i PC sisteme koji može se realizirati PID kontrola i tako dalje.
PID kontrola
U inženjerskoj praksi, najčešće korišteni zakon o kontroli regulatora za proporcionalnu, integralnu, diferencijalnu kontrolu, koja se naziva PID kontrola, poznata i kao PID regulacija. Postala je jedna od glavnih tehnologija industrijske kontrole za svoju jednostavnu strukturu, dobru stabilnost, pouzdan rad i jednostavno podešavanje.
Kada se struktura i parametri kontroliranog objekta ne mogu u potpunosti savladati ili nemaju pristup tačnim matematičkim modelima, teorija kontrole drugih tehnologija je teško koristiti, struktura i parametri sistemskog regulatora moraju se oslanjati na iskustvo i uklanjanje terena i terensko uklanjanje pogrešaka Da biste utvrdili, kada je primjena PID kontrole tehnologije najpovoljnija.
PID kontrola, PI i PD kontrola u praksi, PID kontroler zasnovan je na grešci sistema, korištenju proporcionalnog, integralnog, diferencijalnog izračuna kontrolnog volumena za kontrolu. Najidealnija kontrola kada se zakon o proporcionalnom integralnom derivatu kontrolira, koji kombinira sprovode tri: i proporcionalnu ulogu pravovremeno i brzo, ali i uloga integracije eliminacije preostale razlike u sposobnosti za razlikovanje Uloga funkcije nadgledanja kontrole.
Veze kontrole PID-a
1, proporcionalna (p) kontrola
Proporcionalna kontrola jedna je od najjednostavnijih metoda kontrole. Izlaz njegovog kontrolera proporcionalan je signalu za unos greške. Postoji stalna greška u izlazu sistema kada je dostupna samo proporcionalna kontrola. Izlazni signal regulatora proporcionalan je odstupanju signala, odnosno, sve dok postoji odstupanje, izlaz kontrolera će se odmah promijeniti srazmjerno odstupanju, tako da je brzina reakcije P-a P-a Vučna brza .
P Regulacija može odražavati promjene u sistemu, ali ne može u potpunosti eliminirati odstupanje sustava, stoga, ako se u stvarnom postupku kontrole koristi samo P u stvarnom postupku, sustav će izraditi razine, K P povećanje može napraviti sistem Odstupanje se smanjuje, ali u stvari, ako je K - D prevelika dovesti do nestabilnosti sistema.
2, Integral (i) kontrola
U integralnoj kontroli, izlaz kontrolera proporcionalan je integralu ulaznog signala greške. Za automatsko upravljanje, ako postoji stalna greška nakon ulaska u stabilno stanje, kaže se da kontrolni sistem ima stalnu grešku u stanju ili jednostavno diferencijalni sistem.
Da bi se eliminirala grešku stabilne države, u kontroler mora biti uveden "integralni termin". Integralni termin integrira grešku ovisno o vremenu i povećava se kako se vrijeme povećava. Dakle, čak i ako je greška mala, integralni se pojam povećava s vremenom i pokreće izlaz kontrolera da se poveća tako da se stalna greška stanja dodatno smanji dok ne bude blizu nule.
Proporcionalni + Integral (PI) kontroler, dakle, omogućava sistemu da uđe u stabilno stanje s gotovo nikakvom stabilnom stalnom greškom. Veličina integralnog vremena određuje snagu integralnog učinka, što je veće integralno vrijeme, slabiji integralni učinak, što rezultira povećanjem količine sustava prekomjernog sustava; Što je jači integralni učinak, naprotiv, sklon je uzrokovati osciliranje sistema.
3, diferencijalna (d) kontrola
U diferencijalnoj kontroli, izlaz kontrolera i diferencijal signala ulaznog grešaka (tj. Stopa promjene pogreške) proporcionalna je odnosu. Automatski upravljački sustav za prevazilaženje pogreške u procesu regulacije može biti osciliranje ili čak destabilizacija. Razlog za to je zbog prisustva velike inerte komponente (link) ili komponente histereze, što ima učinak suzbijanja greške i čije promjene uvijek zaostaju za promjenama u grešci.
Rješenje je napraviti promjenu u suzbijanju greške "unaprijed", tj. Kada je greška blizu nule, suzbijanje greške treba biti nula. To znači, u kontroloru je samo uvođenje "proporcionalnog" pojam često dovoljno, uloga proporcionalnog pojasa je samo za pojačavanje veličine greške i potrebu za povećanjem "diferencijalnog termina", koji mogu povećati "diferencijalni termin" Predvidite trend promjena grešaka, tako da će kontroler s proporcionalnim + diferencijalom moći moći izvršiti kontrolu nad suzbijanjem pogreške prilikom vremena. Na ovaj način, kontroler s proporcionalnom + diferencijalom, može se unaprijed izvršiti da inhibira kontrolu greške jednaka je nuli, ili čak negativnim, izbjegavajući ozbiljnu prekrivanje kontrolirane količine.
Stoga za kontrolirani objekt s velikom inercijom ili histerezom, kontroler proporcionalno + diferencijal (PD) može poboljšati dinamičke karakteristike sustava u procesu regulacije.D Glavna funkcija regulacije je smanjenje količine prekomjernog za nadzora, za kontrolu oscilacija izlaza kontroliranog objekta i skrati vrijeme odziva u sustavu, što poboljšava dinamičke karakteristike sistema. Međutim, prevelik će smanjiti mogućnost suzbijanja smetnjivih signala.
4, PID kontrola
Najidealnija kontrola kada je zakon o proporcionalnom integralnom diferencijalnom kontrolu, koji postavlja tromjesečnu ulogu: i proporcionalnu ulogu pravovremeno i brza, ali i sastavna uloga eliminacije zaostalih razlika u sposobnosti da se razlikuje Uloga kontrolne funkcije ispred vremena.
Kada se izvrši ušteda odstupanja, diferencijal može odmah i uvelike akcije, inhibirati odstupanje ovog skoka: Istovremeno igraju ulogu u uklanjanju odstupanja, tako da se amplituda odstupanja smanjuje, jer je proporcionalna uloga uporna i igranje Uloga u Zakonu o kontroli, tako da je sistem stabilniji: a integralna uloga preostale razlike polako prevladava. Sve dok su tri uloge kontrolnih parametara pravilno odabrane, možete dati punu predstavu prednostima tri kontrolne zakone, kako biste dobili idealniji učinak kontrole.
Stoga, sve dok tri uloga mogu biti razumno usklađene, možete postići brze i precizne i glatke performanse regulacije, kako biste dobili izvrsne rezultate kontrole, što je šarm PID regulacije.
5, parametrizacija
PID parametrizacija kontrolera je jezgra dizajna upravljačkog sustava. Zasnovan je na karakteristikama postupka koji će se kontrolirati za određivanje faktora skale PID kontrolera, integriranog vremena i veličine razlikovnog vremena.
PID metode podešavanja parametara kontrolera, sažeto u dvije kategorije: Jedan je teorijski izračun metode podešavanja. Uglavnom se temelji na matematičkom modelu sistema, nakon teorijskih proračuna za određivanje parametara kontrolera. Izračunati podaci dobiveni ovom metodom ne smiju se koristiti izravno, već i kroz stvarna inženjerska podešavanja i modifikacije. Drugo je metoda inženjerske kalibracije koja se uglavnom oslanja na inženjersko iskustvo, direktno u testiranju kontrolnog sustava, a metoda je jednostavna, jednostavna za shvatanje, u inženjerskoj praksi se široko koristi.
PID kontroler parametri metode inženjerskog podešavanja, uglavnom metoda kritičnog omjera, metoda krivulje odgovora i način prigušenja. Dvije metode imaju svoje karakteristike, zajednička točka je kroz test, a zatim u skladu s inženjerskim iskustvom formule za podešavanje parametara kontrolera. Ali bez obzira na to koja se metoda koristi za dobivanje parametara kontrolera, trebaju biti u stvarnom radu konačnog podešavanja i poboljšanja. Način kritičnog omjera općenito se koristi. Koristeći ovu metodu za korake podešavanja parametara PID kontrolera su sljedeći:
(1) prvo unaprijed odaberite dovoljno kratkog razdoblja uzorkovanja za sustav za rad;
(2) Dodajte samo proporcionalnu kontrolnu vezu dok se ne dođe do kritičnog oscilacije u koraku sustava u ulaz i u ovom trenutku zabilježi proporcionalni faktor pojačanja i kritički razdoblje oscilacije u ovom trenutku;
(3) Pod određenim stupnjem kontrole kroz formulu za dobivanje parametara PID kontrolera.
U stvarnom puštanju u puštanju mogu biti samo grubo postavljene empirijsku vrijednost, a zatim modificirati u skladu sa efektom regulacije.
Za temperaturni sustav: P (%) {{0}}, ja (bodovi) 3 - 10, D (bodove) 0. 5 - 3
Za sistem protoka: P (%) {{0}}, ja (min) 0. 1--1
Za tlačne sisteme: p (%) {0}}, ja (min) 0. 4--3
Za sustave nivoa tečnosti: P (%) 20--80, ja (min) {1}}
Zar ne zvuči malo teško da razumije? Zamolimo mi da mi to objasni.
Ming je dobio zadatak: Tu je curenje rezervoara za vodu, a stopa curenja je varijabilna, ali vodena površina je potrebna za održavanje visine vodene površine na određeno mjesto, nakon što se nađe površina vode koja se nalazi niže nego traženi položaj, morate dodati vodu u rezervoar za vodu.
Početak Xiaoming sa dipkerom za dodavanje vode, slavina iz spremnika ima udaljenost od više od deset metara, često moraju trajati nekoliko puta da bi se dodao dovoljno vode, tako xiaoming i promijenio kako bi se koristila kantu za dodavanje kante za dodavanje kante, a plus je kantu, trčite manje puta, plus brzina vode je takođe brza, ali nekoliko puta će se prikazati rezervoaru da doda preliv slučajno vlažnim nekoliko puta, xiaomming i brainstorming, ne koristim Dipper, a ne kanta, starac sa slivom, nekoliko puta dolje, ustanovila je da je upravo u redu, ne morate raditi previše puta i neće dopustiti da se voda prelijeva. Otkrio sam da je upravo u redu, nisam morao da radim previše puta, a nisam pustio da se voda preplavi. Ovo vrijeme provjera naziva se periodom uzorkovanja.
Na početku Xiaoming sa dipkerom za dodavanje vode, slavina iz rezervoara za vodu ima udaljenu više od deset metara, često mora da se trči nekoliko puta da bi se dodao dovoljno vode, tako da se mijenjaju da bi se koristila kantu za dodavanje kante za dodavanje kante , plus je kantu, pokrenite manje puta, brzina vode je i brže, ali nekoliko puta će se prikazati spremniku da doda preliv slučajno vlažne, Xiaomming i Brainstorming, I Nemojte koristiti dipper i ne trebate bareljice, starac sa slivom, nekoliko puta, ustanovio da je upravo tačno, ne morate raditi previše puta, takođe nećete dozvoliti da voda preplavi. Ne moram da radim previše puta, a ne želim da se voda preplavi. Veličina ovog alata za dodavanje vode naziva se koeficijent proporcionalnosti.
Xiaomming je također utvrdio da iako voda ne bi preplavila, ponekad bi bila veća od potrebnog položaja, a još uvijek je postojala opasnost od vlašenja cipela. Došao je način da instalirate lijevak na rezervoaru za vodu, svaki put kada dodate vodu ne izliva se direktno u rezervoar, već sipa u lijevak kako biste polako dodali. Ovaj problem prelive riješen, ali brzina dodavanja vode i sporo, a ponekad se ne može nadoknaditi brzinom curenja. Tako je pokušao promijeniti lijevak različitih veličina i promjera za kontrolu brzine dodavanja vode i konačno je pronašao zadovoljavajući lijevak. Vrijeme lijevka naziva se integrirano vrijeme.
Xiaomging je konačno udahnuo uzdah, ali zahtjevi zadatka iznenada su se poboljšali pravovremenost zahtjeva za kontrolu vodostaja, nakon što je razina vode preniska, morate odmah dodati vodu na željeni položaj i ne možete Budite previše veći ili ne plaćajte plaće. Ponovo je teško! Tako je otvorio mozak, konačno pusti da smisli na neki način, često stavljaj lonac rezervne vode sa strane, nakon što se nađe nivo vode, ne proći kroz levak, tako da je leblica dolje, tako da je tok vodstvo, tako da je dolje za vodu, tako da je tok voznog zagarantovano je, ali vodostaj ponekad će biti mnogo veći. Također je tražio mjesto površine vode iznad točke, hlađenje će se rupa u vodi, a zatim priključiti cijev na dno rezervne kante tako da će više vode procuriti s vrha rupe. Brzina kojom se ova voda curi naziva se diferencijalno vrijeme.
Priča o Minđevom eksperimentu je korak po korak neovisna, ali stvarni vodeni alati, lijevak, veličina rupe za preljevu u isto vrijeme utjecat će na brzinu vode, veličine vodostaja preko Povratak eksperimenta, često moraju izmijeniti promjenu rezultata prethodnog eksperimenta.
Ljudi sa PID kontrolom sa čajlom za čaj na šalicu vode ispisana skalom od pola šalice vode nakon zaustavljanja
Podesna vrijednost: skala od pola šalice vode;
Stvarna vrijednost: stvarna količina vode u vodi;
Izlazne vrijednosti: količina vode izlila se iz čajnika i količina vode izvučena iz šalice;
Mjerenje: ljudske oči (ekvivalentne senzorima)
Objekt izvršenja: Čovjek
Pozitivno izvršenje: izlijevanje
Protu-izvršenje: skakati
1p proporcionalna kontrola, odnosno vide količinu vode u šolji ne dosežu pola šalice vaga za vodu, prema određenoj količini vode iz čajnika u kralju kupa vode izlivena ili količinu Voda u šalici vode preko skale, s određenom količinom vode iz šalice vode, ova jedna radnja može rezultirati manje od pola šalice ili više od pola šalice na stop.
Napomena: P proporcionalna kontrola jedna je od najjednostavnijih metoda kontrole. Izlaz njegovog kontrolera proporcionalan je signalu za unos greške. U izlazu sustava postoji stabilna država kada je dostupna samo proporcionalna kontrola.
Integralna kontrola 2Pi, prema određenoj količini vode u vodenu čašu, ako nađete da količina vode u šolji nema skalu, nastavite da se izlijete, a zatim je ustanovilo da je količina vode više više od pola šolje, voda se izvijala iz čaše izvana, a zatim više puta nije dovoljna da izlijeva vodu, a više prelijeva dok količina vode ne dosegne količinu vode.
Napomena: U integralnom I Control-u izlaz kontrolera proporcionalan je integralu signala ulaznog grešaka. Za automatsko upravljanje, ako postoji stalna greška nakon unosa stabilnog stanja, kaže se da kontrolni sistem ima stalnu grešku u stanju ili jednostavno sistem sa stabilnom greškom). Da bi se eliminirala grešku stabilne države, u kontroler mora biti uveden "integralni termin". Integralni izraz integrira grešku ovisno o vremenu i povećava se s vremenom. Dakle, čak i ako je greška mala, integralni se pojam povećava s vremenom, a izlaz kontrolera pokreće kako bi se povećala stalna zgrada dodatno smanjena sve dok ne bude jednaka nuli. Proporcionalni + integralni (PI) kontroler, dakle, omogućava sistemu da uđe u stabilno stanje bez stabilne greške u stanju.
3PID diferencijalna kontrola, tjto je ljudsko oko gleda na šalicu vode i udaljenost od skale, kada je jaz vrlo velik, čajnik s velikom količinom vode koja bi se izlijevala, kada ljudi vide količinu vode Blizina razmjera, smanjite šarmu izlaz vode i polako se približavate skali, dok se ne zaustavi u šoljicu ljestvice. Ako se voda prestane na tačnom položaju skale, ne postoji statička diferencijalna kontrola; Ako se zaustavi u blizini razmjera, postoji statička diferencijalna kontrola.
Napomena: U diferencijalnoj kontroli D izlaz kontrolera proporcionalan je razlikovanju signala ulaznog grešaka (tj. Stopa promjene pogreške).
U inženjerskoj praksi, najčešće korišteni zakon za kontrolu regulatora za proporcionalnu, diferencijalnu kontrolu, koja se naziva kao PID kontrola, poznata i kao PID Regulat.PID kontroler uveden je gotovo 70 godina istorije, to je jednostavna struktura, dobra stabilnost, Pouzdan, jednostavan za podešavanje i postala je jedna od glavnih tehnologija industrijske kontrole.
Kada se struktura i parametri kontroliranog objekta ne mogu u potpunosti savladati ili nemaju pristup tačnim matematičkim modelima, teorija kontrole drugih tehnologija je teško koristiti, struktura i parametri sistemskog regulatora moraju se oslanjati na iskustvo i uklanjanje terena i terensko uklanjanje pogrešaka Da biste utvrdili, kada je primjena PID kontrole tehnologije najprikladnije.
PID kontroler
PID kontroleri se široko koriste u kontroli industrijskog procesa. Oko 95% operacija zatvorenih petlja u industrijskoj automatizaciji koristi PID kontrolere. Regulator se kombinira na takav način da generira kontrolni signal. Kao kontroler povratne informacije, isporučuje kontrolni izlaz na željeni nivo. Prije izuma mikroprocesora, analogna elektronika implementirala je PID kontrolu. Ali danas su svi PID kontrolori obrađivali mikroprocesori. Programibilni logički kontroleri također imaju ugrađene upute za PID kontrolere.
Korištenjem jeftinog jednostavnog preklopnog regulatora moguće su samo dvije kontrolne države, poput pune ili potpuno isključenih. Koristi se za ograničene kontrolne aplikacije u kojima su ove dvije kontrolne države dovoljne za kontrolu cilja. Međutim, oscilatorno priroda ove kontrole ograničava svoju upotrebu i zato se zamjenjuje PID kontrolerima.
PID kontroleri održavaju izlaz takav da postoji nulta greška između promjenjive procesa i zadane vrijednosti / željenog izlaza kroz operaciju zatvorenog petlje. Koristi tri osnovna kontrolna ponašanja koja su u nastavku objasnjena.
P-kontroler:
Proporcionalni ili P-kontroler daje izlaz proporcionalan trenutnom grešci E (t). To upoređuje željenu ili postavljenu vrijednost sa stvarnom ili povratnom procesom. Dobiveno greške pomnoženo je sa proporcionalnoj konstanci za dobivanje izlaza. Ako je vrijednost pogreške nula, ovaj izlaz kontrolera je nula.
Ovaj kontroler mora biti pristrasan ili ručno resetiranje kada se koristi samostalno. To je zato što nikad ne doseže stabilno stanje. Pruža stabilnu operaciju, ali uvijek održava grešku stabilne države. Kako se povećava konstantna KC proporcionalnost, brzina reakcije povećava se.
I-kontroler
Budući da P-kontroler uvijek ima odstupanje između promjenjive procesa i postavljene tačke, potreban je i-kontroler koji pruža potrebnu radnju za uklanjanje greške u stabilnoj državi. Integrira grešku u određeno vrijeme dok vrijednost pogreške ne doseže nulu. Održava vrijednost nulte greške za završnu upravljačku jedinicu.
Kada se dogodi negativna greška, integralna kontrola smanjuje svoj izlaz. Ograničava brzinu odgovora i utječe na stabilnost sistema. Brzina odgovora povećana je smanjenjem integralnog dobitka ki.
Na gornjoj slici, stalna greška se smanjuje kako se dobitak i kontrolera opada. Uglavnom su PI kontroleri posebno korisni u situacijama u kojima se ne traži brzi odgovor.
Kada se koristi PI kontroler, izlaz I-Controller je ograničen na diplomu koji prevazilazi integralnu zasićenost, gdje je integralni izlaz narušen čak i kada se zbog stanja nelinearnosti povećava u navedenom biljku.
D-kontroler
I-kontroler nema sposobnost predviđanja pogrešnog budućeg ponašanja. Dakle, to reagira normalno nakon što se postavljena tačka promijeni. D-Controller prevladava ovaj problem predviđanjem pogrešnog budućeg ponašanja. Njen izlaz ovisi o stopi promjene pogreške u pogledu vremena, pomnoženo s diferencijalnom konstantom. Omogućuje pokretanje na izlaz koji povećava odgovor sustava.
Na gornjoj slici, D kontroler ima više odgovora od PI kontrolera, a vrijeme izlaza izlaza je smanjeno. Poboljšava stabilnost sistema kompenzacijom faznog zaostajanja uzrokovanog I Clontrolerom. Povećanje diferencijalnog dobitka poboljšaće odgovor.
Uloga PID kontrolera
Uloga proporcionalne regulacije
Proporcionalni odgovor na odstupanje sistema, nakon što sustav ima odstupanje, proporcionalna uredba odmah proizvodi regulaciju za smanjenje odstupanja. Velika proporcionalnost može ubrzati prilagođavanje i smanjiti grešku, ali prevelika udio čini stabilnost pada sistema, pa čak i uzrokuje nestabilnost sustava.
Integralna regulacija
To čini da sistem eliminira grešku stabilne države i poboljšava stepen nerazumijevanja. Budući da postoji greška, integralna regulacija se vrši sve dok ne nema razlike, integralna regulacija zaustavlja se, a integralni uredba izlazi stalnu vrijednost. Snaga integralnog efekta ovisi o integriranom vremenskom konstantu Ti, manji Ti je, jača je integralni učinak. Naprotiv, ako je TI velik, integralni učinak je slab, a dodavanje integralnog regulacije može smanjiti sistem stabilnosti sistema, a dinamički odgovor postaje sporiji.
Diferencijalna regulacija
Diferencijalna radnja odražava brzinu promjene signala odstupanja odstupanja u sistemu, s predvidljivošću, može predvidjeti trend promjena odstupanja, tako da može proizvesti unaprijed u odstupanju u odstupanju, eliminirana je diferencijalnom regulacijom. Diferencijalna radnja na smetnji buke ima pojačavajuću učinak, tako previše jak plus diferencijal uredbu, sustav nije dobar za anti-smetnje.
PID kontrolni smjer aplikacije
U proizvodnom procesu kako bi se poboljšao kvalitet proizvoda, povećati proizvodnju, štedeći sirovine, upravljanje proizvodnim proizvodima i proces proizvodnje uvijek je u optimalnom radnom stanju. Stoga se proizvodi metoda optimalne kontrole koja se naziva adaptivna kontrola. U ovoj vrsti kontrole, sustav je potreban za automatsko podešavanje sistema prema promjenama izmjerenih parametara, okruženju i troškovima sirovina, tako da je sistem uvijek u optimalnom stanju. Adaptivna kontrola sastoji se od tri komponente: procjena performansi (diskriminacija), donošenje odluka i izmjena. To je razvojni smjer mikrokompjuterskog upravljačkog sistema. Međutim, jer je zakon za kontrolu teško shvatiti, tako da je promocija nekih teško riješiti problem. U adaptivnoj kontrolu PID-a dolazi s nekim inteligentnim značajkama, poput živih bića mogu se prilagoditi promjenama u vanjskim uvjetima. Tu je i sistem samoučenje, inteligentniji je.