- PID valdiklis ir jo veikimas:
- PID valdymo režimai:
- PID valdiklio derinimo metodai:
- PID valdiklio struktūra:
- PID valdiklio programos:
Prieš paaiškindami PID valdiklį, peržiūrėkime apie valdymo sistemą. Yra dviejų tipų sistemos; atviros kilpos sistema ir uždaro ciklo sistema. Atvira ciklo sistema taip pat žinoma kaip nekontroliuojama sistema, o uždaro ciklo sistema - kontroliuojama sistema. Atviros kilpos sistemoje išvestis nekontroliuojama, nes ši sistema neturi grįžtamojo ryšio, o uždaro ciklo sistemoje išvestis valdoma valdiklio pagalba ir šiai sistemai reikalingas vienas ar keli grįžtamojo ryšio keliai. Atvirojo ciklo sistema yra labai paprasta, bet nėra naudinga pramoninio valdymo programose, nes ši sistema yra nekontroliuojama. Uždarojo ciklo sistema yra sudėtinga, tačiau labiausiai naudinga pramoniniam naudojimui, nes šioje sistemoje išėjimas gali būti stabilus norima verte, PID yra uždarojo ciklo sistemos pavyzdys. Šios sistemos blokinė schema parodyta žemiau esančiame 1 paveiksle.
Uždaros ciklo sistema taip pat žinoma kaip grįžtamojo ryšio valdymo sistema, o tokio tipo sistema naudojama projektuojant automatiškai stabilią sistemą esant norimam išėjimui ar atskaitos taškui. Dėl šios priežasties jis generuoja klaidos signalą. Klaidos signalas e (t) yra skirtumas tarp išėjimo y (t) ir atskaitos signalo u (t) . Kai ši klaida yra lygi nuliui, tai reiškia, kad pasiekiama norima išvestis ir esant tokiai būklei išvestis yra tokia pati kaip atskaitos signalas.
Pavyzdžiui, džiovyklė veikia kelis kartus, o tai yra iš anksto nustatyta vertė. Įjungus džiovyklę, laikmatis įsijungia ir jis veiks tol, kol laikmatis baigsis ir duos išeigą (sausą audinį). Tai paprasta atviros kilpos sistema, kai išvesties nereikia valdyti ir nereikalauti jokio grįžtamojo ryšio kelio. Jei šioje sistemoje naudojome drėgmės jutiklį, kuris pateikia grįžtamąjį ryšį ir palygina jį su nustatytu tašku ir sukuria klaidą. Džiovyklė veikia tol, kol ši klaida bus lygi nuliui. Tai reiškia, kad kai audinio drėgmė yra tokia pati kaip nustatyto taško, džiovintuvas nustos veikti. Į atvirą kilpos sistemos, džiovintuvas veiks fiksuotai metu, nepriklausomai nuo drabužių yra sausas arba drėgnas. Tačiau esant uždaro ciklo sistemai, džiovintuvas neveiks nustatytą laiką, jis veiks tol, kol išdžius drabužius. Tai yra uždaro ciklo sistemos ir valdiklio naudojimo pranašumas.
PID valdiklis ir jo veikimas:
Taigi, kas yra PID valdiklis? PID valdiklis yra visuotinai priimtas ir dažniausiai naudojamas valdiklis pramonėje, nes PID valdiklis yra paprastas, užtikrina gerą stabilumą ir greitą reagavimą. PID reiškia proporcingą, integralų, išvestinį. Kiekvienoje programoje šių trijų veiksmų koeficientas yra keičiamas, kad gautumėte optimalų atsaką ir kontrolę. Valdiklio įvestis yra klaidos signalas, o išėjimas perduodamas gamyklai / procesui. Valdiklio išvesties signalas generuojamas tokiu būdu, kad įrenginio išvestis bandytų pasiekti norimą vertę.
PID valdiklis yra uždaro ciklo sistema, turinti grįžtamojo ryšio valdymo sistemą ir lyginanti proceso kintamąjį (grįžtamojo ryšio kintamąjį) su nustatytu tašku, generuojanti klaidos signalą ir pagal tai reguliuojanti sistemos išvestį. Šis procesas tęsiasi tol, kol ši klaida pasiekia nulį arba proceso kintamojo vertė tampa lygi nustatytam taškui.
PID valdiklis duoda geresnius rezultatus nei ON / OFF valdiklis. ON / OFF valdiklyje yra tik dvi būsenos, kuriomis galima valdyti sistemą. Jis gali būti įjungtas arba išjungtas. Jis įsijungs, kai proceso vertė bus mažesnė už nustatytą tašką, ir išsijungs, kai proceso vertė bus didesnė už nustatytą. Šiame valdiklyje išvestis niekada nebus stabili, ji visada svyruos aplink nustatytą tašką. Tačiau PID valdiklis yra stabilesnis ir tikslesnis, palyginti su ON / OFF valdikliu.
PID valdiklis yra trijų terminų derinys; Proporcinis, vientisas ir išvestinis. Supraskime šias tris sąvokas atskirai.
PID valdymo režimai:
Proporcinis (P) atsakas:
Terminas „P“ yra proporcingas faktinei klaidos vertei. Jeigu klaida yra didelis, valdymo išėjimas taip pat didelis ir jei klaida yra mažas valdymo išėjimas taip pat yra mažas, tačiau pelnas koeficientas (K p) yra
Taip pat atsižvelgdamas į tai. Atsakymo greitis taip pat yra tiesiogiai proporcingas proporcingam pelno koeficientui (K p). Taigi, atsakant greitis padidėjo didinant K vertę p bet jei K P padidėja ne tik normalus, procesas kintamasis pradeda vibraciniai dideliu greičiu ir padaryti sistema nestabili.
y (t) ∝ e (t) y (t) = k i * e (t)
Čia gaunama paklaida padauginama iš proporcingumo padidėjimo koeficiento (proporcinės konstantos), kaip parodyta aukščiau pateiktoje lygtyje. Jei tuo metu naudojamas tik P valdiklis, jam reikia atstatyti rankiniu būdu, nes jis palaiko pastovios būsenos klaidą (poslinkį).
Integralus (I) atsakas:
Pastoviosios būsenos paklaidai sumažinti paprastai naudojamas integruotas valdiklis. Terminas „I“ yra integruotas (atsižvelgiant į laiką) į faktinę klaidos vertę . Dėl integracijos labai maža klaidos vertė lemia labai didelį integralinį atsaką. Integralaus valdiklio veiksmai keičiasi tol, kol klaida tampa nulis.
y (t) ∝ ∫ e (t) y (t) = k i ∫ e (t)
Integralus padidėjimas yra atvirkščiai proporcingas atsako greičiui, didinant k i, mažinant atsako greitį. Proporcinis ir integruotas valdikliai naudojami kartu (PI valdiklis), kad būtų užtikrintas geras atsako greitis ir pastovios būsenos atsakas.
Išvestinis (D) atsakas:
Išvestinis valdiklis yra naudojamas kartu su PD arba PID. Jis niekada nebuvo naudojamas atskirai, nes jei paklaida yra pastovi (ne nulis), valdiklio išvestis bus lygi nuliui. Šioje situacijoje valdiklis elgiasi nulinės klaidos metu, tačiau iš tikrųjų yra tam tikra klaida (pastovi). Išvestinių valdiklių išvestis yra tiesiogiai proporcinga klaidos pokyčio greičiui laiko atžvilgiu, kaip parodyta lygtyje. Pašalinę proporcingumo ženklą, gauname išvestinę padidėjimo konstantą (k d). Paprastai išvestinis valdiklis naudojamas, kai procesoriaus kintamieji pradeda svyruoti arba keičiasi labai dideliu greičiu. D valdiklis taip pat naudojamas numatant būsimą klaidos veikimą pagal klaidos kreivę. Matematinė lygtis yra tokia, kaip parodyta žemiau;
y (t) ∝ de (t) / dt y (t) = K d * de (t) / dt
Proporcinis ir integruotas valdiklis:
Tai yra P ir I valdiklio derinys. Valdiklio išvestis yra abiejų (proporcinių ir integralinių) atsakų sumavimas. Matematinė lygtis yra tokia, kaip parodyta žemiau;
y (t) ∝ (e (t) + ∫ e (t) dt) y (t) = k p * e (t) + k i ∫ e (t) dt
Proporcinis ir išvestinis valdiklis: tai P ir D valdiklio derinys. Valdiklio išvestis yra proporcinių ir išvestinių atsakų sumavimas. Matematinė PD valdiklio lygtis yra tokia, kaip parodyta žemiau;
y (t) ∝ (e (t) + de (t) / dt) y (t) = k p * e (t) + k d * de (t) / dt
Proporcinis, integruotas ir išvestinis valdiklis: tai P, I ir D valdiklių derinys. Valdiklio išvestis yra proporcinių, integralinių ir išvestinių atsakų sumavimas. Matematinė PD valdiklio lygtis yra tokia, kaip parodyta žemiau;
y (t) ∝ (e (t) + ∫ e (t) dt + de (t) / dt) y (t) = k p * e (t) + k i ∫ e (t) dt + k d * de (t) / dt
Taigi, sujungdami šį proporcinį, integralų ir išvestinį valdymo atsaką, suformuokite PID valdiklį.
PID valdiklio derinimo metodai:
Norint išvesties, valdiklis turi būti tinkamai sureguliuotas. Procesas, kai PID valdiklis gauna idealų atsaką nustatydamas PID, vadinamas valdiklio derinimu. PID nustatymas reiškia nustatyti optimalią proporcingo (k p), išvestinio (k d) ir integralinio (k i) atsako padidėjimo vertę. PID valdiklis yra sureguliuotas taip, kad trikdymas būtų atmestas. Tai reiškia, kad reikia laikytis nurodyto nustatyto taško ir sekti komandas, o tai reiškia, kad jei nustatytoji vertė pasikeis, valdiklio išvestis bus nauja. Jei valdiklis tinkamai sureguliuotas, valdiklio išvestis bus pagal kintamą nustatytą tašką, mažiau svyruos ir mažiau slopins.
Yra keli PID valdiklio derinimo ir norimo atsakymo būdai. Valdiklio derinimo metodai yra tokie, kaip nurodyta toliau;
- Bandymų ir klaidų metodas
- Proceso reakcijos kreivės technika
- Ziegler-Nichols metodas
- Relės metodas
- Programinės įrangos naudojimas
1. Bandymų ir klaidų metodas:
Bandymų ir klaidų metodas taip pat žinomas kaip rankinio derinimo metodas, ir šis metodas yra paprasčiausias. Taikant šį metodą, pirmiausia padidinkite kp vertę, kol sistema pasieks svyruojantį atsaką, tačiau sistema neturėtų padaryti nestabilios ir išlaikyti kd ir ki vertę nulinę. Po to nustatykite ki vertę taip, kad sustotų sistemos svyravimas. Po to nustatykite kd vertę greitam atsakymui.
2. Proceso reakcijos kreivės technika:
Šis metodas taip pat žinomas kaip Cohen-Coon derinimo metodas. Šiuo metodu pirmiausia sukuriama proceso reakcijos kreivė, reaguojant į trikdį. Pagal šią kreivę galime apskaičiuoti valdiklio stiprinimo, integralinio laiko ir išvestinio laiko vertę. Ši kreivė identifikuojama rankiniu būdu atliekant atvirojo ciklo proceso bandymą. Modelio parametras gali nustatyti trikdžius pagal pradinį žingsnį. Iš šios kreivės turime surasti kreivės nuolydį, mirusį laiką ir pakilimo laiką, kuris yra ne kas kita, o kp, ki ir kd vertė.
3. Zeiglerio-Nicholso metodas:
Šiuo metodu pirmiausia nustatykite ki ir kd reikšmes nuliui. Proporcinis pelnas (kp) didinamas tol, kol pasiekia galutinį pelną (ku). galutinis pelnas yra ne kas kitas, o tai yra pelnas, kai kilpos išvestis pradeda svyruoti. Šis ku ir virpesių periodas Tu naudojami norint gauti PID valdiklio padidėjimą iš lentelės apačios.
|
Valdiklio tipas |
kp |
k i |
kd |
|
P |
0,5 k u |
|
|
|
PI |
0,45 k u |
0,54 k u / T u |
|
|
PID |
0,60 k u |
1,2 k u / T u |
3 k u T u / 40 |
4. Relės metodas:
Šis metodas taip pat žinomas kaip „Astrom-Hugglund“ metodas. Čia išvestis perjungiama tarp dviejų valdymo kintamojo reikšmių, tačiau šios vertės parenkamos taip, kad procesas turėtų kirsti nustatytą tašką. Kai proceso kintamasis yra mažesnis už nustatytą, valdymo išvestis nustatoma į didesnę vertę. Kai proceso vertė yra didesnė už nustatytą, valdymo išėjimas nustatomas į mažesnę vertę ir susidaro išėjimo bangos forma. Šios virpesių bangos formos periodas ir amplitudė yra matuojami ir naudojami nustatant galutinį pelną ku ir periodą Tu, kurie naudojami aukščiau aprašytame metode.
5. Programinės įrangos naudojimas:
PID derinimui ir kilpos optimizavimui yra programinės įrangos paketai. Šie programinės įrangos paketai renka duomenis ir sukuria matematinį sistemos modelį. Pagal šį modelį programinė įranga suranda optimalų derinimo parametrą pagal atskaitos pakeitimus.
PID valdiklio struktūra:
PID valdikliai sukurti remiantis mikroprocesorių technologija. Skirtingi gamintojai naudoja skirtingą PID struktūrą ir lygtis. Dažniausiai naudojamos PID lygtys yra; lygiagreti, ideali ir nuosekli PID lygtis.
Į lygiagrečiai PID lygtį, proporcingas, vientisas ir išvestinių veiksmai dirba atskirai vienas su kitu ir sujungti poveikio šių trijų veiksmų yra aktas sistemoje. Šio tipo PID blokinė schema parodyta žemiau;
Be idealus PID lygtį, pelnas pastovus K p pasiskirsto visuose laikotarpiu. Taigi, k p pokyčiai veikia visus kitus lygties terminus.
Į serijos PID lygtį, prieaugis konstanta k p yra paskirstoma visų terminų tokia pati, kaip idealiai PID lygtį, bet šiuo lygtis Integralų ir išvestinių konstanta turėti įtakos proporcingai veiksmų poveikį.
PID valdiklio programos:
Temperatūros kontrolė:
Paimkime bet kurio įrenginio / proceso kintamosios srovės (oro kondicionieriaus) pavyzdį. Nustatytoji vertė yra temperatūra (20 ° C), o dabartinė jutikliu išmatuota temperatūra yra 28 ° C. Mūsų tikslas yra kintamosios srovės veikimas norimoje temperatūroje (20 ° C). Dabar, kintamosios srovės valdiklis, generuokite signalą pagal klaidą (8 ° C) ir šis signalas perduodamas kintamajai srovei. Pagal šį signalą kintamosios srovės išėjimas keičiamas ir temperatūra sumažėja iki 25 ° C. Tas pats procesas kartosis tol, kol temperatūros jutiklis išmatuos norimą temperatūrą. Kai klaida lygi nuliui, valdiklis duos stabdymo komandą kintamajai srovei ir vėl temperatūra pakils iki tam tikros vertės, vėl atsiras klaida ir tas pats procesas kartosis nuolat.
MPPT (maksimalios galios taško sekimo) įkrovos valdiklio projektavimas saulės saulės energijai:
PV elemento IV charakteristika priklauso nuo temperatūros ir apšvitos lygio. Taigi, darbinė įtampa ir srovė nuolat kinta atsižvelgiant į atmosferos sąlygų pokyčius. Todėl labai svarbu sekti maksimalų efektyvios PV sistemos galios tašką. Norėdami rasti MPPT, naudojamas PID valdiklis, kuriam valdikliui suteikiama srovė ir įtampa. Jei atmosferos sąlygos pasikeis, šis sekimo aparatas išlaiko pastovią įtampą ir srovę.
Maitinimo elektronikos keitiklis:
PID valdiklis yra naudingiausias galios elektronikos programose, tokiose kaip keitikliai. Jei keitiklis yra prijungtas prie sistemos, atsižvelgiant į apkrovos pokyčius, keitiklio išvestis turi pasikeisti. Pavyzdžiui, keitiklis yra sujungtas su apkrova, jei padidės apkrova, iš inverterio tekės daugiau srovės. Taigi, įtampos ir srovės parametras nėra pataisytas, jis pasikeis pagal reikalavimą. Esant tokiai būklei, PID valdiklis naudojamas generuoti PWM impulsus keitiklio IGBT perjungimui. Atsižvelgiant į apkrovos pokyčius, valdikliui suteikiamas grįžtamojo ryšio signalas ir jis sukels klaidą. PWM impulsai generuojami pagal klaidos signalą. Taigi, esant tokiai būklei, mes galime gauti kintamą įvestį ir kintamą išvestį su tuo pačiu keitikliu.