کنترل کننده PID چیست

اول ، مقدمه

در سیستم کنترل اتوماسیون صنعتی مدرن ، کنترل کننده PID (متناسب با دیفرانسیل) بدون شک یکی از رایج ترین و مهمترین الگوریتم های کنترل است. کنترل کننده های PID به طور گسترده در انواع مختلف کنترل صنعتی مانند کنترل دما ، کنترل فشار ، جریان مورد استفاده قرار می گیرند. کنترل و غیره ، به دلیل ویژگی های ساده ، کاربردی و قوی. در این مقاله ، مفهوم اصلی کنترل کننده PID ، اصل کار ، نقش و مزایا و چالش ها در برنامه های عملی به تفصیل شرح داده شده است.

دوم ، مفهوم اصلی کنترل کننده PID

کنترل کننده PID ، که به عنوان کنترل کننده متناسب-انتگرال-مشتق شناخته می شود ، یک الگوریتم کنترل مبتنی بر انحراف است. این مقدار کنترل را از طریق عملیات متناسب ، یکپارچه و دیفرانسیل بر روی انحراف سیستم استخراج می کند و سپس شی کنترل شده را کنترل می کند. ایده اصلی کنترل کننده PID پیش بینی وضعیت آینده بر اساس وضعیت فعلی سیستم (یعنی انحراف) و حالت گذشته (به عنوان مثال ، انتگرال و دیفرانسیل انحراف) و مقدار کنترل را بر این اساس تنظیم کنید تا خروجی سیستم مقدار تنظیم شده را به سرعت و دقیق ردیابی کند.

سوم ، اصل کار کنترل کننده PID

اصل کار کنترلر PID را می توان در مراحل زیر خلاصه کرد:

کنترل متناسب (P):کنترل متناسب اساس کنترل کننده PID است که به طور مستقیم میزان کنترل را با توجه به اندازه انحراف سیستم تنظیم می کند. هرچه انحراف بزرگتر باشد ، مقدار کنترل بیشتر تنظیم می شود. هرچه انحراف کوچکتر باشد ، کمیت کنترل کمتر تنظیم می شود. کنترل متناسب می تواند به سرعت به انحراف سیستم پاسخ دهد ، اما یک خطای حالت پایدار وجود دارد.

کنترل انتگرال (I):کنترل انتگرال برای از بین بردن خطای حالت پایدار معرفی شده است. این یک عمل یکپارچه در انحراف انجام می دهد تا یک اصطلاح انتگرال متناسب با مدت زمان انحراف حاصل شود و آن را به مقدار کنترل اضافه کند. کنترل انتگرال می تواند به تدریج خطای حالت پایدار را کاهش دهد ، اما همچنین می تواند منجر به پاسخ سیستم کندتر یا اشباع انتگرال شود.

کنترل دیفرانسیل (D):کنترل دیفرانسیل برای بهبود عملکرد پویا سیستم معرفی شده است. این کار با تمایز انحراف برای به دست آوردن یک اصطلاح دیفرانسیل متناسب با میزان تغییر انحراف و افزودن آن به مقدار کنترل کار می کند. کنترل دیفرانسیل می تواند روند انحراف سیستم را پیش بینی کرده و مقدار کنترل را از قبل تنظیم کند ، بنابراین پاسخ سیستم را سرعت بخشیده و میزان بیش از حد را کاهش می دهد.

مقدار کنترل کنترلر PID از اصطلاحات متناسب ، انتگرال و دیفرانسیل تشکیل شده است و بیان ریاضی آن:

u (t)=kp * e (t) + ki * ∫e (t) dt + kd * de (t)/dt

جایی که ، u (t) مقدار کنترل ، KP ضریب متناسب است ، Ki ضریب انتگرال است ، KD ضریب دیفرانسیل و E (T) انحراف سیستم است.

چهارم ، نقش کنترل کننده PID

کنترل کننده PID نقش مهمی در سیستم کنترل اتوماسیون صنعتی دارد ، که عمدتاً در جنبه های زیر منعکس شده است:

بهبود دقت سیستم:کنترل کننده PID از طریق انحراف سیستم برای کنترل دقیق ، به طوری که خروجی سیستم می تواند به سرعت و به طور دقیق مقدار تنظیم شده را ردیابی کند ، در نتیجه دقت سیستم را بهبود می بخشد.

عملکرد پویا سیستم را بهبود بخشید:با معرفی کنترل دیفرانسیل ، کنترلر PID قادر به پیش بینی روند انحراف سیستم و تنظیم میزان کنترل از قبل است ، بنابراین سرعت پاسخ سیستم را سرعت می بخشد و مقدار فشار بیش از حد را کاهش می دهد. در عین حال ، با تنظیم ضرایب متناسب ، انتگرال و دیفرانسیل ، عملکرد پویا سیستم را می توان بهینه کرد.

خطای حالت پایدار را از بین ببرید:کنترل کننده PID می تواند به تدریج با معرفی کنترل یکپارچه ، خطای حالت پایدار را کاهش دهد ، به طوری که خروجی سیستم در نزدیکی مقدار تنظیم شده تثبیت می شود.

طراحی سیستم را ساده کنید:کنترلر PID دارای یک ساختار ساده ، آسان برای پیاده سازی است و به راحتی می توان در سیستم های مختلف کنترل تعبیه کرد. در عین حال ، کنترلر PID از استحکام قوی برخوردار است و می تواند با محیط های مختلف کار و تغییرات بار سازگار شود.

پنجم ، کاربرد عملی و مزایای کنترل کننده PID

کنترلر PID دارای طیف گسترده ای از کاربردهای عملی از جمله کنترل دما ، کنترل فشار ، کنترل جریان ، کنترل سطح مایع و غیره است. در این برنامه ها ، کنترل کننده های PID می توانند به طور مؤثر دقت سیستم را افزایش دهند ، عملکرد پویا سیستم را بهبود بخشند ، خطاهای حالت پایدار را از بین ببرند و طراحی سیستم را ساده تر کنند. در مقایسه با سایر الگوریتم های کنترل ، کنترل کننده PID مزایای زیر را دارد:

عمومی قوی:کنترلر PID برای انواع سیستم های خطی و برخی از سیستم های غیرخطی ، بدون نیاز به مدل سازی دقیق مدل سیستم ، کاربرد دارد.

اشکال زدایی مناسب:پارامترهای کنترل کننده PID (ضریب متناسب ، ضریب انتگرال ، ضریب دیفرانسیل) را می توان با آزمایش یا شبیه سازی اشکال زدایی و بهینه سازی کرد و روند اشکال زدایی ساده و راحت است.

استحکام قوی:PID Controller از توانایی ضد دخانیات و استحکام قوی برخوردار است ، می تواند با محیط های مختلف کار و تغییرات بار سازگار باشد.

هزینه کم: هزینه اجرای کنترل کننده PID نسبتاً کم است ، می تواند به طور گسترده ای در انواع سیستم کنترل اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.

ششم ، چالش ها و پیشرفت های کنترل کننده PID

اگرچه کنترلر PID دارای مزایای بسیاری است و به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد ، اما برخی از چالش ها و فضای بهبود در برنامه های عملی وجود دارد. به عنوان مثال ، تنظیم پارامتر کنترل کننده های PID نیاز به تجربه و مهارت دارد و سیستم های مختلف ممکن است به تنظیمات پارامترهای مختلفی نیاز داشته باشد. در عین حال ، اثر کنترل کنترل کننده های PID برای سیستم های غیرخطی و متغیر زمان ممکن است کمتر از ایده آل باشد. برای غلبه بر این چالش ها ، محققان بسیاری از کنترل کننده های PID بهبود یافته ، مانند کنترل کننده های فازی PID ، کنترل کننده های PID شبکه عصبی و غیره را پیشنهاد کرده اند که بهتر با نیازهای کنترل سیستم های غیرخطی و متغیر زمان سازگار هستند.

پایان

به عنوان یکی از مهمترین الگوریتم های کنترل در سیستم های کنترل اتوماسیون صنعتی ، کنترلر PID دارای طیف گسترده ای از برنامه ها و مزایای قابل توجهی است. با درک مفهوم اساسی ، اصل کار و مکانیسم کنترل کننده PID ، می توانیم بهتر از روشهای اشکال زدایی آن و استراتژی های بهینه سازی در برنامه های عملی تسلط داشته باشیم. در عین حال ، ما همچنین باید به چالش ها و فضای بهبود کنترل کننده PID توجه کنیم و به طور مداوم الگوریتم های کنترل جدید و وسایل فنی را برای بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم کنترل اتوماسیون صنعتی کشف کنیم.