A PID vezérlő egy széles körben használt vezérlő az ipari vezérlés területén, teljes neve arányos-integrális-származék-vezérlő (arányos-integrális-származék-vezérlő). Ez egy lineáris vezérlő, az arányos (P), integrál (I) és differenciál (D) három paraméterén keresztül a beállításnak, hogy a rendszer kimenetének pontos vezérlését elérje.
Először a PID vezérlő alapelve
Arányos vezérlés (P vezérlés)
Az arányos vezérlés a legalapvetőbb vezérlési módszer a PID vezérlőnél. Alapvető ötlete az, hogy összehasonlítsa a rendszer kimeneti értéke és a kívánt érték közötti eltérést, majd a vezérlési mennyiséget az eltérés méretének megfelelően állítsa be. Az arányos ellenőrzés képlete:
u (t)=kp * e (t)
Ahol U (t) a kontroll mennyiséget jelöli, a KP az arányossági együtthatót jelöli, és az E (T) az eltérést jelöli.
Az arányos kontroll előnye a gyors válasz, de a hátrány az egyensúlyi hiba létezése, azaz, amikor a rendszer egyensúlyi állapotot ér el, továbbra is eltérés van a kimeneti érték és a kívánt érték között.
Integrált vezérlés (I Control)
Az integrált vezérlést bevezették az egyensúlyi állapot hibájának kiküszöbölésére az arányos ellenőrzés során. Alapvető ötlete az, hogy integrálja az eltérés felhalmozódott értékét az idő múlásával, majd a kontroll mennyiséget az integrált érték szerint állítsa be. Az integrált vezérlés képlete:
u (t)=u (t -1) + Ki * ∫e (t) dt
Ahol a KI az integrált együtthatót jelöli, és a (T) DT az eltérés integrált értékét jelöli.
Az integrált kontroll előnye, hogy kiküszöböli az egyensúlyi állapot hibáját, de hátrány az, hogy túllépéseket és oszcillációkat okozhat a rendszerben.
Differenciálvezérlés (D vezérlés)
A rendszer stabilitásának és válaszsebességének javítása érdekében a differenciálvezérlés került bevezetésre. Alapvető ötlete az, hogy megjósolja az eltérés tendenciáját, majd a kontroll mennyiséget a trend szerint állítsa be. A differenciálvezérlés képlete:
u (t)=u (t -1) + kd * de (t)/dt
Ahol a KD a differenciális együtthatót jelöli, a DE (T)/DT pedig az eltérés változásának sebességét jelöli.
A differenciálművészet előnye, hogy javíthatja a rendszer stabilitását és válaszsebességét, de hátrány az, hogy érzékeny a zajra, és a kontroll mennyiség ingadozásához vezethet.
Másodszor, a PID vezérlő tervezési módja
Határozza meg a vezérlési célt
A PID -vezérlő megtervezése előtt először meg kell határoznia a vezérlési célt, azaz milyen állapotot szeretné elérni a rendszer kimenetét. A vezérlő célkitűzés lehet az egyensúlyi állapot hiba, túllépés, emelkedési idő stb.
Matematikai modell létrehozása
A tényleges rendszer működési elve szerint hozzon létre egy matematikai modellt. A matematikai modell lehet lineáris vagy nemlineáris. A lineáris rendszerekhez az átviteli funkciók, az állami terek és más módszerek használhatók a modellezéshez; A nemlineáris rendszerekhez az ideghálózatok, a fuzzy vezérlés és más módszerek használhatók a modellezéshez.
Határozza meg a PID paramétereit
A kontroll célkitűzés és a matematikai modell szerint határozza meg a KP arányos együtthatóját, a KI integrált együtthatóját és a PID -vezérlő KD differenciális együtthatóját. A leggyakrabban használt paraméter -hangolási módszerek:
(1) Empirikus módszer: A tapasztalatok szerint válassza ki a megfelelő arányos együtthatót, integrált együtthatót és differenciális együtthatót.
(2) Trial és hiba módszer: A PID paraméterek folyamatosan beállításával és a rendszer válaszának megfigyelésével, amíg kielégítő ellenőrzési hatás meg nem éri.
(3) Optimalizálási módszer: Használjon optimalizálási algoritmusokat (például genetikai algoritmus, részecske -raj algoritmus stb.) A PID paraméterek optimalizálásához a legjobb kontroll hatás elérése érdekében.
Szimulációs ellenőrzés
A PID paraméterek meghatározása után a szimuláció ellenőrzését kell elvégezni. A szimulációs ellenőrzés elvégezhető olyan szoftverekkel, mint a MATLAB, a Simulink stb. A szimuláció ellenőrzésével a PID -vezérlő teljesítményét ellenőrizni lehet, hogy megfelel -e a vezérlő céloknak.
Gyakorlati alkalmazás
A szimulációs ellenőrzés átadása után a PID vezérlőt alkalmazzák a tényleges rendszerre. A gyakorlati alkalmazás folyamatában a PID paramétereit finoman be kell hangolni, hogy alkalmazkodjanak a tényleges munkakörülmények változásaihoz.
Harmadszor, a PID vezérlő alkalmazása
A PID vezérlőt széles körben használják az ipari vezérlés területén annak egyszerű, gyakorlati, könnyen megvalósítható és egyéb jellemzői miatt. A közös alkalmazási területek a következők:
Hőmérséklet -szabályozás: például kazánok, légkondicionálók, kémiai reaktorok.
Áramlásszabályozás: például vízszivattyúk, kompresszorok, csővezeték szállítás.
Nyomásszabályozás: például hidraulikus rendszerek, pneumatikus rendszerek stb.
Sebességszabályozás: például motorok, szállítószalagok stb.
Pozícióvezérlés: például robotok, daruk stb.
Kémiai reakció folyamatának ellenőrzése: például kémiai reaktorok, fermentációs tartályok.
Negyedszer, a PID vezérlő előnyei és hátrányai
Előnyök
(1) Egyszerű szerkezet: A PID vezérlő arányos, integrált, differenciális három részből áll, egyszerű szerkezet, könnyen érthető és megvalósítható.
(2) Könnyen beállítható a paramétereket: A PID vezérlő paraméterek (KP, KI, KD) a vezérlőcél szerint beállíthatók, jó rugalmassággal rendelkeznek.
(3) Alkalmazás széles skálája: A PID vezérlők alkalmazhatók különféle lineáris és nemlineáris rendszerekre, jó egyetemességgel.
(4) Alacsony megvalósítási költség: A PID vezérlő alacsony megvalósítási költségekkel rendelkezik, és alkalmazható különféle ipari vezérlőrendszerekre.
Hátrányok
(1) Érzékeny a zajra: A differenciál kontroll érzékeny a zajra, ami a kontroll térfogat ingadozásához vezethet.
(2) Nehézség a paraméterek beállításában: A komplex rendszerek esetében a PID paraméterek beállítása nehéz lehet, sok tesztet és beállítást igényelve.
(3) Képtelenség kezelni a nemlineáris rendszereket: Nemlineáris rendszerek esetén a PID -vezérlők teljesítménye nem tud kezelni a nemlineáris rendszereket.