How to Make a PID Controller: Comprehensive Guide for Beginners (Hướng dẫn toàn diện cho người mới bắt đầu)

Học cách tạo ra chữ ABộ điều khiển PIDVới hướng dẫn toàn diện này. Hiểu được các nguyên lý của điều khiển PID, thiết lập phần cứng, ghi thuật toán, điều chỉnh bộ điều khiển và kiểm tra hệ thống của bạn. Hoàn hảo cho các hệ thống điều khiển công nghiệp và các ứng dụng khác nhau.

1. Giới thiệu

Giới thiệu MES một bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân-(PID) là một cơ chế phản hồi vòng điều khiển công nghiệp. Nó liên tục tính toán lỗi giữa điểm đặt mong muốn và giá trị biến quy trình được đo và áp dụng hiệu chỉnh dựa trên các khâu tích phân và phái sinh tỷ lệ để giải quyết những sai lệch đó. Các bộ điều khiển PID đóng vai trò thiết yếu trong nhiệt độ, tốc độ động cơ và điều khiển quá trình trong các lĩnh vực khác của ứng dụng.

2. Hiểu được sự điều khiển PID

Điều khiển PID bao gồm ba tham số riêng biệt, tỷ lệ (P), tích phân (I), và đạo hàm (D). Điều khiển tỷ lệ tạo ra giá trị đầu ra tỷ lệ thuận với bất kỳ giá trị sai số hiện hành nào trong khi số hạng tích phân nhìn vào quá khứ tích lũy sai số trong khi số hạng phái sinh dự đoán sai số tương lai dựa trên tốc độ thay đổi. Một PID Controller' biểu diễn toán học có thể thấy ở đây:

$$U (t) = K_p, E (t), + K_iint E (t), Dt + K_d de (t) Dt ở đó U là đầu ra điều khiển và E là lỗi; K là độ lợi tỷ lệ và K_d là độ lợi vi phân tương ứng.

3. Những thành phần cần thiết

Để tạo ra bộ điều khiển PID, những mục sau đây sẽ là cần thiết. * Một vi điều khiển như Arduino cũng có thể hoạt động;

* Cảm biến: Các loại cảm biến phụ thuộc vào ứng dụng của bạn (ví dụ như cảm biến nhiệt độ hoặc bộ mã hóa quay).

Cơ cấu chấp hành: các thiết bị được sử dụng để điều chỉnh các quy trình (ví dụ động cơ và máy sưởi).

* Cung cấp điện năng: Đủ nguồn điện để hỗ trợ cả chức năng vi điều khiển và thiết bị truyền động.

* Phần mềm: Arduino IDE và thư viện PID

4. Thiết lập phần cứng WASP 21

Kết nối các thiết bị chấp hành: Kết nối các thiết bị chấp hành trực tiếp với các chân đầu ra của vi điều khiển bằng cách sử dụng các trình điều khiển thích hợp hoặc rơ-le khi cần thiết.

3. Cung cấp điện: Để cung cấp nguồn điện đáng tin cậy cho cả vi điều khiển và thiết bị chấp hành, đảm bảo cả điện áp và xếp hạng hiện tại của nó đáp ứng yêu cầu cho ứng dụng của bạn.

Hãy viết thuật toán PID

1. Thư viện nhập khẩu: Đảm bảo rằng tất cả các thư viện cần thiết đều có mặt trong bản phác thảo Arduino của bạn.

1. Xác định các biến: các biến thiết lập cho điểm đặt, đầu vào và cài đặt đầu ra.

Đặt điểm đặt đôi đầu vào/đầu ra.

1.

Khởi tạo đối tượng PID: tạo và cấu hình một đối tượng PID bằng cách sử dụng các thông số của nó.

PID myPID (& đầu vào, & đầu ra, & setpoint, Kp, Ki, Kd và DIRECT);

1. On-Set Function (hàm tập hợp) : Khi cấu hình một bộ điều khiển PID trong chức năng thiết lập này.

1. Thiết lập vòng điều khiển PID sử dụng hàm này.

Vòng tránh Thai (); Đầu vào = analogRead (sensorPin); MyPID.Compute ();

AnalogWrite (actuatorPin, đầu ra); *

5. Điều chỉnh một bộ điều khiển PID

Việc điều chỉnh bộ điều khiển PID liên quan đến việc điều chỉnh 3 thông số của nó là (K_p), (K_i) và (K_d) cho đến khi đạt được kết quả điều khiển mong muốn. Cách tiếp cận phổ biến là kỹ thuật Ziegler-Nichols; Bao gồm việc thiết lập (K_i) và (K_d) bằng 0 trước khi tăng (K_p) cho đến khi dao động hệ thống bắt đầu, trước khi điều chỉnh thêm các thông số KPID này dựa trên các công thức cụ thể được áp dụng.

1. Kiểm tra và gỡ lỗi lần đầu

 Điều khiển PID. Tải mã lên trực tiếp vào vi điều khiển, tắt điều khiển PID. 2. Các bước tiếp theo (kiểm thử và gỡ lỗi).

3. Kết quả và điều chỉnh các thông số PID như cần thiết 3.

Sự khắc phục khi các sự cố cần thiết đã biết các vấn đề

Tiếng ồn trong các chỉ số cảm biến, bão hòa thiết bị truyền động, và ổn định.

6. Ứng dụng và ví dụ

Bộ điều khiển PID là công cụ linh hoạt được sử dụng trong nhiều tình huống trong thực tế. Ví dụ, trong các hệ thống kiểm soát nhiệt độ chúng được sử dụng để duy trì nhiệt độ mong muốn bằng cách điều chỉnh năng lượng cung cấp cho máy sưởi; Tương tự trong điều hòa tốc độ động cơ điều khiển PID có thể điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp áp dụng trực tiếp. Những ví dụ đó chứng minh PID Control' s tính linh hoạt và hiệu quả.

7. Kết luận

Thiết lập một bộ điều khiển PID đòi hỏi phải hiểu các nguyên tắc của nó, cài đặt phần cứng cần thiết, viết thuật toán PID, điều chỉnh bộ điều khiển của bạn và kiểm thử hệ thống của nó. Bằng cách thực hiện các bước này một cách cẩn thận và hiệu quả với một bộ điều khiển PID có thể dẫn đến một số ứng dụng với độ tin cậy và hiệu suất cao hơn các lựa chọn thay thế.