PID Controller este un controler utilizat pe scară largă în domeniul controlului industrial, numele său complet este controlerul proporțional-integral-derivat (controler proporțional-integral-derivat). Este un controler liniar, prin intermediul celor trei parametri proporționali (P), integral (i) și diferențial (d), pentru a obține un control precis al ieșirii sistemului.
În primul rând, principiul de bază al controlerului PID
Control proporțional (control P)
Controlul proporțional este cea mai de bază metodă de control în controlerul PID. Ideea sa principală este de a compara abaterea dintre valoarea de ieșire a sistemului și valoarea dorită, și apoi ajustați cantitatea de control în funcție de dimensiunea abaterii. Formula pentru controlul proporțional este:
u (t)=kp * e (t)
În cazul în care u (t) denotă cantitatea de control, KP denotă coeficientul de proporționalitate și e (t) denotă abaterea.
Avantajul controlului proporțional este răspunsul rapid, dar dezavantajul este existența unei erori de stare constantă, adică atunci când sistemul atinge o stare constantă, există încă o oarecare abatere între valoarea de ieșire și valoarea dorită.
Control integral (control I)
Controlul integral a fost introdus pentru a elimina eroarea în stare de echilibru în controlul proporțional. Ideea sa principală este de a integra valoarea acumulată a abaterii în timp și apoi de a ajusta cantitatea de control în funcție de valoarea integrală. Formula pentru controlul integral este:
u (t)=u (t -1) + ki * ∫e (t) dt
În cazul în care Ki denotă coeficientul integral și ∫e (t) dt denotă valoarea integrală a abaterii.
Avantajul controlului integral este faptul că elimină eroarea în stare constantă, dar dezavantajul este că poate provoca depășiri și oscilații în sistem.
Control diferențial (control D)
Controlul diferențial a fost introdus pentru a îmbunătăți stabilitatea și viteza de răspuns a sistemului. Ideea sa principală este de a prezice tendința de abatere și apoi de a ajusta cantitatea de control în funcție de tendință. Formula pentru controlul diferențial este:
u (t)=u (t -1) + kd * de (t)/dt
În cazul în care KD denotă coeficientul diferențial și DE (T)/DT denotă rata de modificare a abaterii.
Avantajul controlului diferențial este că poate îmbunătăți stabilitatea și viteza de răspuns a sistemului, dar dezavantajul este că este sensibil la zgomot și poate duce la fluctuații ale cantității de control.
În al doilea rând, metoda de proiectare a controlerului PID
Determinați obiectivul de control
Înainte de a proiecta un controler PID, mai întâi trebuie să definiți obiectivul de control, adică ce tip de stare doriți să obțină ieșirea sistemului. Obiectivul de control poate fi eroarea de stare constantă, depășirea, timpul de creștere etc.
Stabilirea modelului matematic
Conform principiului de lucru al sistemului propriu -zis, stabiliți un model matematic. Modelul matematic poate fi liniar sau neliniar. Pentru sisteme liniare, funcțiile de transfer, spațiile de stat și alte metode pot fi utilizate pentru modelare; Pentru sistemele neliniare, rețelele neuronale, controlul fuzzy și alte metode pot fi utilizate pentru modelare.
Determinați parametrii PID
Conform modelului de control și al modelului matematic, determinați coeficientul proporțional KP, coeficientul integral Ki și coeficientul diferențial KD al controlerului PID. Metodele de reglare a parametrilor utilizați frecvent sunt:
(1) Metoda empirică: în funcție de experiență, selectați coeficientul proporțional corespunzător, coeficientul integral și coeficientul diferențial.
(2) Metoda de încercare și eroare: prin ajustarea constantă a parametrilor PID și observarea răspunsului sistemului, până la obținerea unui efect de control satisfăcător.
(3) Metoda de optimizare: Utilizați algoritmi de optimizare (cum ar fi algoritmul genetic, algoritmul de roi de particule etc.) pentru a optimiza parametrii PID pentru a obține cel mai bun efect de control.
Verificarea simulării
După determinarea parametrilor PID, este necesar să se efectueze verificarea simulării. Verificarea simulării poate fi efectuată folosind un software precum MATLAB, SIMULINK, etc. Prin verificarea simulării, performanța controlerului PID poate fi verificată pentru a vedea dacă îndeplinește obiectivele de control.
Aplicație practică
După trecerea verificării simulării, controlerul PID este aplicat sistemului propriu -zis. În procesul de aplicare practică, este posibil ca parametrii PID să fie nevoiți să fie reglați bine pentru a se adapta la modificările condițiilor de lucru reale.
În al treilea rând, aplicarea controlerului PID
Controlerul PID a fost utilizat pe scară largă în domeniul controlului industrial datorită caracteristicilor sale simple, practice, ușor de implementat și alte caracteristici. Zonele comune de aplicare includ:
Controlul temperaturii: cum ar fi cazane, aer condiționat, reactoare chimice.
Controlul fluxului: cum ar fi pompele de apă, compresoarele, transportul conductelor.
Controlul presiunii: cum ar fi sisteme hidraulice, sisteme pneumatice etc.
Controlul vitezei: cum ar fi motoarele, centurile transportoare etc.
Controlul poziției: cum ar fi roboți, macarale etc.
Controlul procesului de reacție chimică: cum ar fi reactoarele chimice, rezervoarele de fermentare.
În al patrulea rând, avantajele și dezavantajele controlerului PID
Avantaje
(1) Structura simplă: controlerul PID constă din trei părți proporționale, integrale, diferențiale, structură simplă, ușor de înțeles și de realizat.
(2) Ușor de ajustat parametrii: parametrii controlerului PID (KP, KI, KD) pot fi ajustați în funcție de obiectivul de control, are o flexibilitate bună.
(3) Gama largă de aplicații: Controlerele PID sunt aplicabile unei varietăți de sisteme liniare și neliniare, cu o bună universalitate.
(4) Cost redus de realizare: Controlerul PID are costuri reduse de realizare și poate fi aplicat la diverse sisteme de control industrial.
Dezavantaje
(1) Sensibil la zgomot: controlul diferențial este sensibil la zgomot, ceea ce poate duce la fluctuații ale volumului de control.
(2) Dificultate în reglarea parametrilor: Pentru sisteme complexe, reglarea parametrilor PID poate fi dificilă, necesitând multe teste și ajustări.
(3) Incapacitatea de a face față sistemelor neliniare: Pentru sistemele neliniare, performanța controlerelor PID nu poate face față sistemelor neliniare.