Làm thế nào để xác định các thông số điều khiển PID: Hướng dẫn toàn diện

Học cách xác địnhBộ điều khiển PIDTham khảo với hướng dẫn toàn diện. Khám phá điều chỉnh thủ công, Ziegler-Nichols, các phương pháp Cohen-Coon, và các công cụ phần mềm để hiệu suất hệ thống tối ưu.

  1. Bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển tỉ lệ-tích phân (bộ điều khiển PID), cũng được gọi là bộ điều khiển tỷ lệ, tích phân và phái sinh là công cụ thiết yếu trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. PIDs hoạt động bằng cách giúp duy trì đầu ra mong muốn của các hệ thống bằng cách giảm thiểu lỗi giữa điểm đặt và các biến quá trình - sử dụng các thuật ngữ tỷ lệ, tích phân và đạo hàm của các điều chỉnh như đầu vào kiểm soát của chúng; Điều chỉnh hiệu quả các điều khoản này là chìa khóa cho hiệu suất hệ thống tối ưu.

  2. Hiểu được các thông số CỦA PID

* Tỉ số này xác định độ lợi tỉ lệ phản ứng thế nào với các sai số hiện hành; Giá trị Kp tăng cung cấp các phản ứng mạnh hơn, nhưng quá cao của các giá trị Kp có thể gây ra dao động hệ thống hoặc bất ổn nếu thiết lập quá cao.

Các thông số điều khiển trực quan trong các mô hình PID * Biến này điều khiển phản ứng của độ lợi tỷ lệ Kp với các sai số hiện tại. Giá trị Kp cao hơn cung cấp phản ứng mạnh hơn nhưng làm quá mức nó có thể gây ra sự bất ổn của dao động hoặc dao động và sự bất ổn của dao động hệ thống hoặc sự bất ổn của các thành phần hệ thống điều khiển.

Độ lợi điều khiển tỷ lệ Kp * định nghĩa cách Kp tác động lên các lỗi dòng bằng cách đáp ứng với vòng điều khiển tỷ lệ. Giá trị của nó xác định phản ứng của nó trong khi thiết lập quá cao có thể dẫn đến dao động hoặc bất ổn trong giới hạn phạm vi của nó = 2...... 3 Hệ thống điều khiển biến đổi 4 3 2

Đơn vị điều khiển tỷ lệ cho mỗi sai số gặp phải sẽ dẫn đến phản ứng của nó và mạnh hơn

Phản ứng chống lại nó bằng giá trị Kp cao hơn dẫn đến nhanh hơn ngay khi lỗi phát sinh hoặc dao động hoặc bất ổn xảy ra trong hệ thống của nó = 4 3 2 3 Độ tăng chỉ thị độ lợi Kp xác định cách phản ứng của nó đối với các lỗi hiện tại với giá trị Kp cao hơn cung cấp phản ứng mạnh hơn, tuy nhiên quá lớn Kp có thể dẫn đến sự bất ổn định dao động trong Hệ thống 3 4 4 3

 Độ lợi PID thông số 3 và độ lợi ổn định

Lợi ích tích cực (Ki)

* tăng tích phân giải quyết các lỗi tích lũy theo thời gian bằng cách giúp loại bỏ các lỗi còn lại ở trạng thái ổn định mà khâu tỉ lệ không thể sửa được, tuy nhiên quá cao của Ki có thể gây quá mức và mất ổn định trong các hệ thống có quá nhiều phần tử (Ki value > 100). 3.

Lợi nhuận phái sinh (Kd) * Lợi nhuận phái sinh dự đoán các lỗi trong tương lai bằng cách theo dõi tốc độ thay đổi của nó và cung cấp hiệu ứng làm giảm, do đó cải thiện sự ổn định của hệ thống và thời gian đáp ứng. Thật không may, các giá trị Kd cao có thể khuếch đại tiếng ồn hoặc dẫn đến các hành vi không thể đoán trước và dẫn đến các hành vi bất ngờ có thể thỏa hiệp lợi ích của nó.

  3. Các phương pháp điều chỉnh các thông số PID,

Điều chỉnh thủ công điều chỉnh các thông số PID thông qua thử và sai số, bắt đầu bằng cách đặt Ki và Kd đến 0 trước khi tăng dần Kp cho đến khi dao động bắt đầu trong hệ thống của bạn, sau đó Ki phải được điều chỉnh để loại bỏ lỗi trạng thái ổn định trong khi Kd nên giảm dao động. [2, 3, 4]. 2. Điều chỉnh thủ công [2. 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] / [2, 3, 4, 5, 7, 8, 10, 12]

Phương pháp Ziegler-Nichols * Kỹ thuật điều chỉnh này, được phổ biến bởi chính Ziegler-Nichols, liên quan đến việc dần dần tăng Kp cho đến khi hệ thống của bạn biểu hiện dao động bền (đạt được cuối cùng hoặc Ku). Sau đó nó đo Pu, và sử dụng công thức Ziegler-Nichols để xác định giá trị Ki và Kd.

* Phương pháp Cohen-Coon, phù hợp với các hệ thống vòng hở, sử dụng phân tích đường cong phản ứng xử lý để chọn các thông số PID cân bằng sự ổn định với độ đáp ứng. Cuối cùng điều này cung cấp một sự cân bằng tốt về sự ổn định và khả năng đáp ứng trong một môi trường hệ thống mở. Số 4.

Công cụ phần mềm

* Có một số công cụ phần mềm dùng để điều chỉnh PID cho ô tô. Sử dụng các thuật toán tiên tiến, các chương trình này cho phép tối ưu hóa nhanh các tham số PID một cách nhanh chóng và chính xác - tiết kiệm cả thời gian và cải thiện hiệu suất.

  4.  Những cân nhắc thiết thực

Khi điều chỉnh các bộ điều khiển PID, hãy lưu ý đến những cân nhắc thực tế này:

1. Sự ổn định và đánh đổi hiệu suất

* Đạt được trạng thái cân bằng giữa sự ổn định và hiệu suất là điều rất quan trọng: việc điều chỉnh quá tích cực có thể dẫn đến sự bất ổn; Chủ nghĩa bảo thủ có thể làm chậm thời gian phản ứng quá much.2. 2.6 Stability and Performance Tradeoffs 2.6 2. Điều chỉnh ổn định * Mục tiêu ở đây nên đạt được sự cân bằng giữa các yếu tố này để đạt kết quả hiệu suất tốt nhất; Sự điều chỉnh quá mạnh có thể gây ra sự bất ổn trong khi các thiết lập bảo thủ có thể làm chậm quá nhiều phản ứng

Tác động của tiếng ồn và nhiễu loạn

Nhiễu và các nhiễu có thể làm giảm đáng kể hiệu suất của các bộ điều khiển PID, vì vậy bằng cách sử dụng các bộ lọc hoặc sử dụng các phương pháp điều chỉnh mạnh mẽ, bạn có thể giảm thiểu tác động bất lợi của chúng. 

Ứng dụng thế giới thực của bộ điều khiển PID

Các bộ điều khiển PID có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực tế, từ điều chỉnh nhiệt độ và điều chỉnh tốc độ động cơ, để quản lý quá trình trong các nhà máy hóa học và nhiều hơn nữa. Mỗi ứng dụng có thể cần các chiến lược điều chỉnh khác nhau.

  5. Kết luận

Điều chỉnh thích hợp các bộ điều khiển PID là rất quan trọng để thực hiện hệ thống tối ưu. Bằng cách hiểu được vai trò của Kp, Ki, và Kd và áp dụng các phương pháp điều chỉnh thích hợp (điều chỉnh thủ công, Ziegler-Nichols Cohen Coon hoặc công cụ phần mềm), một hệ thống điều khiển tối ưu và đáp ứng có thể đạt được. Mục tiêu của chúng ta nên luôn là giảm lỗi trong khi duy trì sự ổn định