Pengawal PID adalah pengawal yang digunakan secara meluas dalam bidang kawalan perindustrian, nama penuhnya adalah pengawal derivatif proporsional-integral (pengawal proporsional-integral-derivatif). Ia adalah pengawal linear, melalui berkadar (P), integral (i) dan perbezaan (d) tiga parameter pelarasan, untuk mencapai kawalan yang tepat terhadap output sistem.
Pertama, prinsip asas pengawal PID
Kawalan berkadar (kawalan p)
Kawalan berkadar adalah kaedah kawalan yang paling asas dalam pengawal PID. Idea terasnya adalah untuk membandingkan sisihan antara nilai output sistem dan nilai yang dikehendaki, dan kemudian menyesuaikan jumlah kawalan mengikut saiz sisihan. Formula untuk kawalan berkadar adalah:
u (t)=kp * e (t)
Di mana u (t) menandakan kuantiti kawalan, KP menandakan pekali proporsional dan E (t) menandakan sisihan.
Kelebihan kawalan berkadar adalah tindak balas yang cepat, tetapi kelemahannya adalah kewujudan kesilapan keadaan mantap, iaitu, apabila sistem mencapai keadaan mantap, masih terdapat beberapa sisihan antara nilai output dan nilai yang dikehendaki.
Kawalan penting (saya mengawal)
Kawalan integral diperkenalkan untuk menghapuskan kesilapan keadaan mantap dalam kawalan berkadar. Idea terasnya adalah untuk mengintegrasikan nilai sisihan yang terkumpul dari masa ke masa dan kemudian menyesuaikan kuantiti kawalan mengikut nilai integral. Formula untuk kawalan penting ialah:
u (t)=u (t -1) + ki * ∫e (t) dt
di mana ki menandakan pekali integral dan ∫e (t) dt menandakan nilai integral sisihan.
Kelebihan kawalan integral adalah bahawa ia menghapuskan kesilapan negara yang mantap, tetapi kelemahannya adalah bahawa ia boleh menyebabkan overshoots dan ayunan dalam sistem.
Kawalan pembezaan (D Kawalan)
Kawalan pembezaan diperkenalkan untuk meningkatkan kestabilan dan kelajuan tindak balas sistem. Idea terasnya adalah untuk meramalkan trend sisihan dan kemudian menyesuaikan kuantiti kawalan mengikut trend. Formula untuk kawalan pembezaan adalah:
u (t)=u (t -1) + kd * de (t)/dt
di mana KD menandakan pekali pembezaan dan DE (T)/DT menandakan kadar perubahan sisihan.
Kelebihan kawalan pembezaan adalah bahawa ia dapat meningkatkan kestabilan dan kelajuan tindak balas sistem, tetapi kelemahannya adalah bahawa ia sensitif terhadap bunyi bising dan boleh menyebabkan turun naik dalam kuantiti kawalan.
Kedua, kaedah reka bentuk pengawal PID
Tentukan objektif kawalan
Sebelum merancang pengawal PID, anda perlu menentukan objektif kawalan, iaitu jenis keadaan yang anda mahu output sistem dicapai. Objektif kawalan boleh menjadi kesilapan keadaan mantap, overshoot, masa naik, dll.
Mewujudkan model matematik
Mengikut prinsip kerja sistem sebenar, menubuhkan model matematik. Model matematik boleh menjadi linear atau tidak linear. Untuk sistem linear, fungsi pemindahan, ruang negeri dan kaedah lain boleh digunakan untuk pemodelan; Untuk sistem tak linear, rangkaian saraf, kawalan kabur dan kaedah lain boleh digunakan untuk pemodelan.
Tentukan parameter PID
Mengikut objektif kawalan dan model matematik, tentukan pekali berkadar KP, pekali integral KI dan pekali pembezaan KD pengawal PID. Kaedah penalaan parameter yang biasa digunakan adalah:
(1) Kaedah empirikal: Menurut pengalaman, pilih pekali berkadar yang sesuai, pekali integral dan pekali pembezaan.
(2) Kaedah percubaan dan ralat: Dengan sentiasa menyesuaikan parameter PID dan memerhatikan tindak balas sistem, sehingga kesan kawalan yang memuaskan dicapai.
(3) Kaedah Pengoptimuman: Gunakan algoritma pengoptimuman (seperti algoritma genetik, algoritma swarm zarah, dan lain -lain) untuk mengoptimumkan parameter PID untuk mendapatkan kesan kawalan terbaik.
Pengesahan simulasi
Selepas menentukan parameter PID, perlu menjalankan pengesahan simulasi. Pengesahan simulasi boleh dijalankan menggunakan perisian seperti MATLAB, Simulink, dan lain -lain melalui pengesahan simulasi, prestasi pengawal PID boleh diperiksa untuk melihat apakah ia memenuhi objektif kawalan.
Permohonan Praktikal
Selepas pengesahan simulasi diluluskan, pengawal PID digunakan untuk sistem sebenar. Dalam proses aplikasi praktikal, parameter PID mungkin perlu disesuaikan untuk menyesuaikan diri dengan perubahan dalam keadaan kerja sebenar.
Ketiga, permohonan pengawal PID
Pengawal PID telah digunakan secara meluas dalam bidang kawalan perindustrian kerana ciri -ciri mudah, praktikal, mudah dilaksanakan dan lain -lain. Bidang permohonan biasa termasuk:
Kawalan suhu: seperti dandang, penghawa dingin, reaktor kimia.
Kawalan aliran: seperti pam air, pemampat, pengangkutan saluran paip.
Kawalan tekanan: seperti sistem hidraulik, sistem pneumatik, dll.
Kawalan kelajuan: seperti motor, tali pinggang penghantar, dll.
Kawalan kedudukan: seperti robot, kren, dll.
Kawalan proses tindak balas kimia: seperti reaktor kimia, tangki penapaian.
Keempat, kelebihan dan kekurangan pengawal PID
Kelebihan
(1) Struktur mudah: Pengawal PID terdiri daripada berkadar, integral, perbezaan tiga bahagian, struktur mudah, mudah difahami dan direalisasikan.
(2) Mudah untuk menyesuaikan parameter: Parameter pengawal PID (KP, KI, KD) boleh diselaraskan mengikut objektif kawalan, mempunyai fleksibiliti yang baik.
(3) Pelbagai aplikasi: Pengawal PID boleh digunakan untuk pelbagai sistem linear dan bukan linear, dengan universiti yang baik.
(4) Kos kesedaran yang rendah: Pengawal PID mempunyai kos realisasi yang rendah dan boleh digunakan untuk pelbagai sistem kawalan perindustrian.
Kekurangan
(1) Sensitif terhadap bunyi bising: Kawalan pembezaan sensitif terhadap bunyi bising, yang boleh menyebabkan turun naik dalam jumlah kawalan.
(2) Kesukaran dalam pelarasan parameter: Untuk sistem yang kompleks, pelarasan parameter PID mungkin sukar, memerlukan banyak ujian dan pelarasan.
(3) Ketidakupayaan untuk menangani sistem tak linear: Bagi sistem tak linear, prestasi pengawal PID tidak dapat menangani sistem tak linear.