مقایسه کنترلر PI سری و کنترلر PI موازی

در سیستم کنترل صنعتی، کنترل کننده وسیله مهمی برای تحقق تنظیم و کنترل جسم کنترل شده است. در میان آنها، کنترل‌کننده انتگرال نسبی (PI) یک کنترل‌کننده متداول است که نقش آن پردازش سیگنال خطا از طریق پیوندهای متناسب و انتگرال به منظور تحقق کنترل دقیق شی کنترل‌شده است. با توجه به روش‌های مختلف اتصال پیوندهای متناسب و انتگرال، کنترل‌کننده‌های PI را می‌توان به دو نوع دسته‌بندی کرد: کنترل‌کننده‌های سری-نوع PI و کنترل‌کننده‌های موازی-نوع PI. این مقاله به مقایسه و تجزیه و تحلیل این دو نوع کنترل کننده PI می پردازد.

I. کنترلر PI سری

کنترل کننده سری PI به پیوند تناسبی و پیوند انتگرال به صورت سری اشاره دارد، یعنی سیگنال خطا ابتدا توسط پیوند متناسب و سپس توسط پیوند انتگرال پردازش می شود.

ویژگی های کنترلر سری PI عبارتند از:

1. خروجی های پیوندهای متناسب و انتگرال به عنوان خروجی کنترلر با هم جمع می شوند. بنابراین، خروجی کنترلر سری PI با اندازه سیگنال خطا متناسب و با سرعت تغییر سیگنال خطا نسبت معکوس دارد.

2. بهره متناسب و بهره انتگرال کنترلر سری PI را می توان به طور مستقل تنظیم کرد، بنابراین می توان آن را با توجه به نیازهای واقعی تنظیم کرد.

3. سرعت پاسخگویی سری PI کنترلر سریعتر است، اما پدیده overshooting وجود دارد. هنگامی که سیگنال خطا بزرگ باشد، خروجی کنترلر به سرعت افزایش می یابد و در نتیجه سرعت پاسخ جسم کنترل شده بیش از حد سریع است و حتی پدیده ی بیش از حد بالا می رود.

II. کنترلر PI نوع موازی

کنترل کننده PI موازی به پیوندهای متناسب و انتگرال اشاره دارد که به صورت موازی به یکدیگر متصل شده اند، یعنی سیگنال خطا توسط پیوندهای متناسب و انتگرال همزمان پردازش می شود.

کنترلر PI نوع موازی با موارد زیر مشخص می شود:

1. خروجی های پیوندهای متناسب و انتگرال به عنوان خروجی کنترلر با هم جمع می شوند. بنابراین، خروجی کنترلر PI موازی با اندازه سیگنال خطا متناسب و با سرعت تغییر سیگنال خطا نسبت معکوس دارد.

2. بهره متناسب و بهره انتگرال کنترلر PI موازی را می توان به طور مستقل تنظیم کرد، بنابراین می توان آن را با توجه به نیازهای واقعی تنظیم کرد.

3. سرعت پاسخ کنترلر PI نوع موازی کند است، اما پدیده overshooting وجود ندارد. از آنجایی که پیوندهای متناسب و انتگرال به طور همزمان روی سیگنال خطا عمل می کنند، خروجی کنترلر به سرعت افزایش نمی یابد و از وقوع سرعت پاسخ بیش از حد سریع و پدیده غلبه بر جسم کنترل شده جلوگیری می کند.

III. مقایسه سری-کنترل کننده نوع PI و موازی-کنترل کننده نوع PI

1. سرعت پاسخگویی:سرعت پاسخ‌دهی سری-کنترل‌کننده نوع PI سریع‌تر است، در حالی که سرعت پاسخ‌دهی کنترل‌کننده موازی-نوع PI کندتر است. این به این دلیل است که پیوندهای متناسب و انتگرال کنترلر سری PI به صورت سریال متصل می شوند و زمان پردازش سیگنال خطا کوتاه تر است. در حالی که پیوندهای متناسب و انتگرال کنترل کننده PI موازی به صورت موازی به هم متصل می شوند و زمان پردازش سیگنال خطا طولانی تر است.

2. پدیده بیش از حد:کنترل کننده PI سریال دارای پدیده overshooting است، در حالی که کنترل کننده PI موازی دارای پدیده overshooting نیست. زیرا وقتی بهره متناسب کنترلر PI سری زیاد باشد منجر به افزایش سریع خروجی کنترلر می شود که باعث می شود سرعت پاسخ جسم کنترل شده بیش از حد سریع باشد و پدیده overshooting رخ دهد. و هنگامی که بهره متناسب کنترل کننده PI موازی کوچک باشد، می تواند از این وضعیت جلوگیری کند.

3. ثبات:پایداری کنترلر سری-نوع PI ضعیف است و پایداری کنترلر PI نوع موازی بهتر است. این به این دلیل است که بهره نسبتی و بهره انتگرال کنترلر سری-نوع PI مستقل است، زمانی که بهره نسبتی خیلی زیاد یا بهره انتگرال خیلی کوچک است، به راحتی می توان باعث بی ثباتی سیستم شد. و موازی کنترل کننده PI سود متناسب و سود انتگرال تاثیر متقابل است، بهتر می تواند ثبات سیستم را تضمین کند.

4. تنظیم پارامتر:بهره متناسب و بهره انتگرال کنترلر PI سری را می توان به طور مستقل تنظیم کرد، در حالی که بهره متناسب و بهره انتگرال کنترل کننده PI موازی نیز می تواند به طور مستقل تنظیم شود. با این حال، با توجه به وجود پدیده بیش از حد در کنترل کننده سری PI، لازم است بهره متناسب در کاربرد عملی محدود شود. در حالی که کنترل کننده PI موازی پدیده overshooting ندارد، بنابراین می تواند انعطاف پذیرتر برای تنظیم بهره متناسب و بهره انتگرال باشد.

به طور خلاصه، سری PI کنترلر و کنترلر PI موازی مزایا و معایب خاص خود را دارند. در کاربردهای عملی، نوع مناسب باید با توجه به ویژگی های شی کنترل شده و الزامات کنترل انتخاب شود. اگر به پاسخ سریع و دقت کنترل زیاد نیاز دارید، می توانید کنترلر سری PI را انتخاب کنید. اگر به عملکرد کنترلی پایدار و بیش از حد کوچک نیاز دارید، می توانید کنترل کننده PI موازی را انتخاب کنید. علاوه بر این، عملکرد کنترل را می توان با تنظیم پارامتر معقول و طراحی بهینه بیشتر بهبود بخشید.