Диференциален пропорционално-интегрален контролер е устройство, което е инсталирано в автоматизирани системи за поддържане на даден параметър, който може да се променя.
На пръв поглед всичко е объркващо, но PID управлението може да се обясни и за манекени, т.е. хора, които не са съвсем запознати с електронните системи и устройства.
Съдържание
Какво е PID контролер?
PID регулаторът е устройство, вградено в управляващия контур със задължителна обратна връзка. Той е проектиран да поддържа зададени нива на зададени стойности, като температура на въздуха.
Устройството подава управляващ или изходен сигнал към управляващото устройство, въз основа на данните, получени от сензорите или сензорите. Контролерите имат високи нива на точност на преходните процеси и качеството на задачата.
Три коефициента на ПИД регулатора и принципа на действие
Работата на PID регулатора е да осигури изходен сигнал за количеството мощност, необходимо за поддържане на контролираната променлива на дадено ниво. За изчисляване на индикатора се използва сложна математическа формула, която включва 3 коефициента - пропорционален, интегрален, диференциален.
Да вземем за обект на регулиране съд с вода, в който е необходимо да се поддържа температурата на дадено ниво чрез регулиране на степента на отваряне на клапана с пара.
Пропорционалният компонент се появява в момента на несъгласие с входните данни. С прости думи звучи така - взема се разликата между действителната и желаната температура, умножава се по регулируем коефициент и се получава изходен сигнал, който трябва да се приложи към вентила. Тези. веднага щом градусите паднат, процесът на нагряване започва, те се издигат над желаната маркировка - изключва се или дори се охлажда.
След това идва интегралният компонент, който е предназначен да компенсира въздействието на околната среда или други смущаващи влияния върху поддържането на нашата температура на дадено ниво. Тъй като винаги има допълнителни фактори, които влияят на управляваните устройства, цифрата вече се променя към момента на получаване на данните за изчисляване на пропорционалния компонент. И колкото по-голямо е външното влияние, толкова по-силни са колебанията на индикатора. Възникват скокове в тока.
Интегралният компонент се опитва, въз основа на минали температурни стойности, да върне стойността си, ако се е променила. Процесът е описан по-подробно във видеото по-долу.
И тогава изходният сигнал на регулатора, според коефициента, се прилага за увеличаване или намаляване на температурата. С течение на времето се избира стойността, която компенсира външните фактори, и скоковете изчезват.
Интегралът се използва за отстраняване на грешки чрез изчисляване на статичната грешка. Основното нещо в този процес е да изберете правилния коефициент, в противен случай грешката (несъответствието) също ще засегне интегралния компонент.
Третият компонент на PID е диференциаторът. Той е предназначен да компенсира влиянието на закъсненията, които възникват между въздействието върху системата и обратната връзка. Пропорционалният контролер захранва, докато температурата достигне желаното ниво, но когато информацията преминава към устройството, особено при големи стойности, винаги възникват грешки. Това може да доведе до прегряване. Диференциалът прогнозира отклонения, причинени от закъснения или влияния на околната среда и предварително намалява подадената мощност.
Настройка на PID контролера
Настройката на PID контролера се извършва по 2 метода:
- Синтезът предполага изчисляване на параметри въз основа на модела на системата. Тази настройка е точна, но изисква дълбоко познаване на теорията на автоматичното управление. Тя е подчинена само на инженери и учени. Тъй като е необходимо да премахнете характеристиките на потреблението и да направите куп изчисления.
- Ръчният метод се основава на проба и грешка. За да направите това, данните на вече завършена система се вземат за основа, някои корекции се правят на един или повече коефициенти на регулатора. След включване и наблюдение на крайния резултат, параметрите се променят в правилната посока. И така до достигане на желаното ниво на производителност.
Теоретичният метод за анализ и настройка рядко се използва на практика, което се дължи на непознаване на характеристиките на обекта на управление и куп възможни смущаващи влияния. Експерименталните методи, базирани на наблюдение на системата, са по-често срещани.
Съвременните автоматизирани процеси се реализират като специализирани модули под управлението на програми за регулиране на коефициентите на регулатора.
Предназначение на PID регулатора
PID регулаторът е проектиран да поддържа определена стойност на необходимото ниво - температура, налягане, ниво в резервоар, поток в тръбопровод, концентрация на нещо и т.н., чрез промяна на управляващото действие върху задвижващи механизми, като автоматични управляващи клапани, използвайки пропорционални, интегриращи, диференциращи величини за нейното задаване.
Целта на използването е да се получи точен контролен сигнал, който е в състояние да контролира големи индустрии и дори реактори на електроцентрали.
Пример за контрол на температурата
Често PID контролерите се използват за контролиране на температурата, нека да вземем прост пример за нагряване на вода в резервоар и да разгледаме този автоматичен процес.
В контейнера се излива течност, която трябва да се нагрее до желаната температура и да се поддържа на определено ниво. Вътре в резервоара е инсталиран температурен сензор - термодвойка или термометър за съпротивление и е директно свързан към PID контролера.
За да загреем течността, ще доставяме пара, както е показано на фигурата по-долу, с автоматичен управляващ клапан. Самият клапан получава сигнал от регулатора.Операторът въвежда стойността на зададената температура в PID регулатора, която трябва да се поддържа в резервоара.
Ако коефициентите на контролера не са зададени правилно, ще възникнат скокове в температурата на водата, като вентилът е напълно отворен или напълно затворен. В този случай е необходимо да се изчислят коефициентите на ПИД регулатора и да се въведат отново. Ако всичко е направено правилно, след кратък период от време системата ще изравни процеса и температурата в резервоара ще се поддържа на определено ниво, докато степента на отваряне на управляващия клапан ще бъде в средно положение.
Подобни статии:
