Een differentiële proportionele-integrale controller is een apparaat dat in geautomatiseerde systemen is geïnstalleerd om een bepaalde parameter te behouden die kan veranderen.
Op het eerste gezicht is alles verwarrend, maar PID-regeling kan ook worden uitgelegd voor dummies, d.w.z. mensen die niet helemaal bekend zijn met elektronische systemen en apparaten.
Inhoud
Wat is een PID-regelaar?
PID-controller is een apparaat ingebouwd in de regelkring met verplichte feedback. Het is ontworpen om ingestelde niveaus van instelpunten, zoals luchttemperatuur, te handhaven.
Het apparaat levert een besturings- of uitgangssignaal aan het besturingsapparaat op basis van de gegevens die zijn ontvangen van de sensoren of sensoren. Controllers hebben een hoge mate van nauwkeurigheid van tijdelijke processen en de kwaliteit van de taak.
Drie coëfficiënten van de PID-controller en het werkingsprincipe:
De taak van de PID-regelaar is om een uitgangssignaal te leveren van de hoeveelheid stroom die nodig is om de regelbare variabele op een bepaald niveau te houden. Om de indicator te berekenen, wordt een complexe wiskundige formule gebruikt, die 3 coëfficiënten bevat - proportioneel, integraal, differentieel.
Laten we als doel van de regeling een container met water nemen, waarin het nodig is om de temperatuur op een bepaald niveau te houden door de mate van opening van de klep met stoom aan te passen.
De proportionele component verschijnt op het moment van onenigheid met de invoergegevens. In eenvoudige bewoordingen klinkt het als volgt - het verschil tussen de werkelijke temperatuur en de gewenste temperatuur wordt genomen, vermenigvuldigd met een instelbare coëfficiënt en er wordt een uitgangssignaal verkregen dat op de klep moet worden toegepast. Die. zodra de graden dalen, begint het verwarmingsproces, ze stijgen boven de gewenste markering - het schakelt uit of koelt zelfs af.
Dan komt de integrale component, die is ontworpen om de impact van de omgeving of andere storende invloeden op het op peil houden van onze temperatuur te compenseren. Aangezien er altijd extra factoren zijn die van invloed zijn op de apparaten die worden bestuurd, verandert het cijfer al tegen de tijd dat gegevens worden ontvangen om de proportionele component te berekenen. En hoe groter de externe invloed, hoe sterker de fluctuaties van de indicator optreden. Er treden stroompieken op.
De integrale component probeert, op basis van temperatuurwaarden uit het verleden, zijn waarde terug te geven als deze is gewijzigd. Het proces wordt in meer detail beschreven in de onderstaande video.
En dan wordt het uitgangssignaal van de regelaar, volgens de coëfficiënt, toegepast om de temperatuur te verhogen of te verlagen. Na verloop van tijd wordt de waarde geselecteerd die externe factoren compenseert en verdwijnen de sprongen.
De integraal wordt gebruikt om fouten te elimineren door de statische fout te berekenen. Het belangrijkste in dit proces is om de juiste coëfficiënt te kiezen, anders zal de fout (mismatch) ook de integrale component beïnvloeden.
Het derde onderdeel van de PID is de differentiator. Het is ontworpen om de invloed te compenseren van vertragingen die optreden tussen de impact op het systeem en de feedback. De proportionele regelaar levert stroom totdat de temperatuur het gewenste niveau bereikt, maar wanneer informatie naar het apparaat gaat, vooral bij hoge waarden, treden er altijd fouten op. Dit kan leiden tot oververhitting. Het differentieel voorspelt afwijkingen veroorzaakt door vertragingen of omgevingsinvloeden en reduceert vooraf het geleverde vermogen.
PID-regelaar afstemmen
Het afstemmen van de PID-regelaar wordt op 2 manieren uitgevoerd:
- Synthese impliceert de berekening van parameters op basis van het model van het systeem. Deze instelling is nauwkeurig, maar vereist diepgaande kennis van de theorie van automatische besturing. Het is alleen onderworpen aan ingenieurs en wetenschappers. Omdat het nodig is om de verbruikskenmerken te verwijderen en een heleboel berekeningen te maken.
- De handmatige methode is gebaseerd op vallen en opstaan. Hiervoor wordt uitgegaan van de gegevens van een reeds afgewerkt systeem, enkele aanpassingen aan één of meerdere coëfficiënten van de regelaar. Na het inschakelen en het observeren van het eindresultaat, worden de parameters in de goede richting gewijzigd. En zo verder tot het gewenste prestatieniveau is bereikt.
De theoretische methode van analyse en afstemming wordt in de praktijk zelden gebruikt, wat te wijten is aan onwetendheid over de kenmerken van het besturingsobject en een heleboel mogelijke storende invloeden. Experimentele methoden op basis van monitoring van het systeem komen vaker voor.
Moderne geautomatiseerde processen worden geïmplementeerd als gespecialiseerde modules onder controle van programma's voor het aanpassen van de coëfficiënten van de regelaar.
Doel van de PID-regelaar
De PID-controller is ontworpen om een bepaalde waarde op het vereiste niveau te houden - temperatuur, druk, niveau in een tank, stroming in een pijpleiding, concentratie van iets, enz., door de regelactie op actuators, zoals automatische regelkleppen, met behulp van een proportionele, integrerende, differentiërende grootheden voor de instelling.
Het doel van het gebruik is om een nauwkeurig stuursignaal te verkrijgen dat in staat is om grote industrieën en zelfs reactoren van elektriciteitscentrales te besturen.
Voorbeeld temperatuurregeling
Vaak worden PID-regelaars gebruikt om de temperatuur te regelen. Laten we een eenvoudig voorbeeld nemen van het verwarmen van water in een tank en dit automatische proces beschouwen.
Er wordt een vloeistof in de container gegoten, die tot de gewenste temperatuur moet worden verwarmd en op een bepaald niveau moet worden gehouden. Er is een temperatuursensor in de tank geïnstalleerd - thermokoppel of weerstandsthermometer en is direct aangesloten op de PID-regelaar.
Om de vloeistof te verwarmen, zullen we stoom leveren, zoals weergegeven in onderstaande figuur, met een automatisch regelventiel. De klep zelf ontvangt een signaal van de regelaar.De operator voert de temperatuurinstelwaarde in de PID-regelaar in, die in de tank moet worden gehandhaafd.
Als de regelaarcoëfficiënten niet correct zijn ingesteld, zullen er watertemperatuursprongen optreden, waarbij de klep ofwel volledig open of volledig gesloten is. In dit geval is het noodzakelijk om de coëfficiënten van de PID-regelaar te berekenen en deze opnieuw in te voeren. Als alles correct is gedaan, zal het systeem na korte tijd het proces egaliseren en zal de temperatuur in de tank op een bepaald niveau worden gehouden, terwijl de openingsgraad van de regelklep in de middelste stand staat.
Vergelijkbare artikelen:
