Разумевање ПИД контролера

Прва успешна процена ПИД теорије управљања практично је верификована на пољу система аутоматског управљања бродовима, још око 1920. године. После тога је примењена у различитим индустријским аутоматским управљањима процесима који захтевају оптимизоване и тачне производне спецификације производње. За производне јединице ПИД је популарно примењен за постизање прецизне пнеуматске контроле, и на крају је ПИД теорија примењена у електронским контролерима у модерно доба.

Шта је ПИД контролер

Термин ПИД је скраћеница за пропорционални интегрални дериватни регулатор, који је механизам повратне спреге, дизајниран за прецизно управљање разним индустријским машинама за управљање и многим другим сличним апликацијама које захтевају критичне и аутоматизоване контроле модулације.

Да би се ово применило, ПИД регулатор континуирано надгледа рад система и израчунава изазвани елемент грешке. Затим процењује ову тренутну вредност грешке у облику разлике између потребне задате вредности (СП) и измерене процесне променљиве (ПВ).

Позивајући се на горе наведено, извршава се тренутна и аутоматска корекција повратних информација у смислу пропорционалних (П), интегралних (И) и изведених (Д) израза, па отуда и назив ПИД контролер.

Једноставним речима, ПИД контролер непрекидно надгледа рад датог машинског система и наставља да исправља свој излазни одзив у зависности од варијација изазваних спољним утицајима, кроз наведени алгоритам. Тако се осигурава да машина увек ради у предвиђеним идеалним условима.

Разумевање блок дијаграма ПИД

ПИД регулатор се сматра свестраним системом управљања због своје способности да детектује и управља са 3 контролна параметра: пропорционалним, интегралним и изведеним и примењује предвиђену оптималну контролу на излазу са крајњом тачношћу, у односу на ова 3 параметра.

На слици испод приказан је блок дијаграм ПИД-а. Основни принцип рада ПИД-а можемо брзо разумети позивањем на овај блок дијаграм.

слика љубазношћу: ен.википедиа.орг/вики/Филе:ПИД_ен.свг

Овде смо у могућности да видимо скуп променљивих као што је е (т) која одговара вредности грешке, р (т) одговара циљаној постављеној тачки и и (т) као измерена променљива процеса. ПИД контролер током свог рада надгледа вредност грешке е (т) процењујући разлику између предвиђене задате вредности р (т) или СП и измерене вредности процеса и (т) или ПВ, и према томе извршава корекцију повратних информација или оптимизацију помоћу параметара и то: пропорционални, интегрални и изведени.

Контролор наставља да се труди да смањи ефекат грешке током целог поступка, подешавањем контролне променљиве у (т) на свеже вредности на основу анализиране пондерисане суме управљачких термина (п, И, д).

На пример, у раду контроле вентила, његово отварање и затварање може непрекидно да варира помоћу ПИД-а кроз сложене процене, као што је горе објашњено.

У приказаном систему различити појмови се могу разумети како је објашњено у наставку:

П- контролер:

Израз П је пропорционалан тренутним вредностима грешке е (т) добијеним проценом резултата за СП - ПВ. У ситуацији када вредност грешке тежи да постане велика, контролни излаз такође постаје пропорционално већи у односу на фактор појачања „К“. Међутим, у процесу који захтева компензацију, као што је контрола температуре, пропорционално управљање појединачно може довести до нетачности у односу на задану вредност и стварну вредност процеса, јер не може да ради задовољавајуће без повратне информације о грешци да генерише пропорционални одговор. Наговештава да без повратне информације о грешци можда неће бити могући исправни корективни одговор.

И- контролер:

Термин И постаје одговоран за претходно процењене вредности грешака СП - ПВ и интегрише их током свог оперативног периода да би створио појам И. На пример, док се пропорционална контрола примењује ако СП - ПВ произведе неку грешку, параметар И активира се и покушава да заустави ову преосталу грешку. То се заправо догађа са контролним одговором покренутим због кумулативне вредности раније забележене грешке. Чим се то догоди, термин И престаје да се даље побољшава. Ово доводи до тога да се пропорционални ефекат на одговарајући начин минимизира како се фактор грешке смањује, мада се то такође надокнађује како се интегрални ефекат развија.

Д- контролер:

Појам Д је најпогоднија апроксимација изведена за еволутивне трендове СП - ПВ грешке, у зависности од тренутне брзине промене фактора грешке. Ако се ова брзина промене брзо повећа, контрола повратних информација примењује се агресивније и обрнуто.

Шта је ПИД подешавање

Горе разматрани параметри могу захтевати правилно балансирање како би се осигурала оптимална контролна функција, а то се постиже поступком који се назива „подешавање петље“. Укључене константе подешавања означене су са „К“ као што је приказано у следећим одбитцима. Свака од ових константи мора бити изведена појединачно за одабрану апликацију, јер константе строго зависе и варирају у складу са карактеристикама и утицајима специфичних спољних параметара укључених у петљу. То може укључивати одзив сензора који се користе за мерење датог параметра, завршни елемент за пригушивање, као што је управљачки вентил, могући протек времена у сигналу петље и сам процес итд.

Може бити прихватљиво користити приближне вредности за константе на почетку примене на основу врсте апликације, међутим ово на крају може захтевати озбиљно фино подешавање и дорађивање кроз практично експериментисање, форсирањем промена у постављеним тачкама и посматрањем одговора управљање системом.

Било да је реч о математичком моделу или у практичној петљи, може се видети да оба користе „директну“ контролу управљања за одређене термине. Што значи када се открије пораст позитивне грешке, покреће се одговарајуће повећана позитивна контрола да би се контролисала ситуација за сумиране термине.

Међутим, ово може бити потребно да се поништи у апликацијама где излазни параметар може имати супротно конфигурисане карактеристике што захтева обрнуту корективну меру. Размотримо пример проточне петље у којој је поступак отварања вентила специфициран за рад користећи 100% и 0% излаза, али га треба контролисати са одговарајућих 0% и 100% излаза, у овом случају обрнута корективна контрола постаје неопходна. Да бисмо били прецизнији, размотрите систем воденог хлађења који има заштитну функцију у којој његов вентил мора бити 100% отворен током губитка сигнала. У овом случају излаз регулатора мора бити у стању да пређе на контролу од 0% у одсуству сигнала, тако да се вентил може отворити са пуних 100%, што се назива контролом „обрнутог дејства“.

Математички модел управљачке функције

У овом математичком моделу све ненегативне константе Кп, Ки и Кд означавају коефицијенте пропорционалног, интегралног и изведеног члана (у неким приликама се такође означавају П, И и Д).

Прилагођавање услова ПИД контроле

Из горњих дискусија схватили смо да систем ПИД управљања у основи функционише са три контролна параметра, међутим неке мање апликације можда више воле да користе пар ових термина или чак један од три термина.

Прилагођавање се врши тако што се неискоришћени појам прикаже на нултој вредности и укључи се неколико израза ПИ, ПД или појединачни појмови као што су П или И. Међу њима су конфигурације ПИ контролера чешће јер је израз Д обично склон буци утицаја и због тога се у већини случајева елиминишу, осим ако нису строго обавезни. Термин И је обично укључен јер осигурава систем да постигне жељену оптималну циљну вредност на излазу.