Hướng dẫn hoàn chỉnh để điều khiển một bộ điều khiển PID

Hướng dẫn toàn diện của chúng tôi sẽ dạy anh cách sử dụng điều khiển PID. Khám phá các phương pháp chung của điều khiển để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

1. Giới thiệu

Bộ điều khiển PID là nền tảng trong kỹ thuật điều khiển hệ thống. Chúng được sử dụng trong một loạt các ứng dụng bao gồm HVAC, tự động hóa công nghiệp và robot để đạt được kết quả mong muốn. Kiểm soátBộ điều khiển PIDĐóng một vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và duy trì sự ổn định của hệ thống. Bài viết sẽ giải thích các điểm tốt hơn của điều khiển PID, bao gồm các hàm nguyên, tỷ lệ và đạo hàm, cũng như cung cấp hướng dẫn cho các phương pháp điều khiển hiệu quả.

2. Hiểu được sự điều khiển PID

Tỷ lệ (P).

Thành phần này thường được viết tắt là " P" Và chịu trách nhiệm tạo ra một đầu ra tỷ lệ thuận với giá trị sai số. Tham số độ lợi tỷ lệ (Kp), mà xác định độ mạnh của đáp ứng tỷ lệ, là rất quan trọng. Hệ thống sẽ phản ứng nhanh hơn bằng cách tăng lợi nhuận. Thiết lập độ tăng quá cao theo tỷ lệ có thể dẫn đến dao động và bất ổn.

Không thể thiếu I

Thành phần tích phân (I) được sử dụng để loại bỏ bất kỳ sai số trạng thái ổn định nào còn lại sau kiểm soát tỷ lệ. Độ lợi tích phân (Ki), điều chỉnh các lỗi tích lũy theo thời gian để mang đầu ra của hệ thống gần điểm đặt mong muốn hơn, là một cách cho thành phần tích phân. Tuy nhiên, lợi tích phân quá mức có thể làm cho hệ chậm chạp hoặc có xu hướng dao động.

Đạo hàm (D)

Đạo hàm này (viết tắt " D") dự đoán hành vi sai số trong tương lai dựa trên tỷ lệ thay đổi của nó. Độ lợi phái sinh, viết tắt là Kd, giúp làm giảm dao động để tăng cường sự ổn định của hệ thống. Thành phần phái sinh nhạy cảm với tiếng ồn, và có thể dẫn đến hành vi không ổn định khi không được điều chỉnh đúng cách.

3. Điều khiển một bộ điều khiển PID

Hình thái ban đầu

Xác minh độ âm thanh cơ học của hệ thống trước khi bắt đầu điều khiển, bạn phải đảm bảo rằng không có vấn đề cơ học như các thành phần bị mòn hoặc kết nối lỏng lẻo.

Khởi động điều khiển PID đến 0: bắt đầu điều khiển bằng cách thiết lập Kp, Ki và Kd đến 0. Nó cung cấp một cơ sở để kiểm soát mỗi thành phần.

4. Lợi nhuận tỷ lệ kiểm soát (P)

Tăng giá trị P cho đến khi đầu ra của hệ bắt đầu dao động: tăng dần độ lợi tỷ lệ, Kp cho đến khi nó bắt đầu dao động. Hệ thống bây giờ đang đáp ứng sự kiểm soát tỷ lệ.

Giảm P xuống một nửa giá trị mà gây ra dao động một khi hệ bắt đầu dao động, làm giảm tỷ lệ lợi với giá trị nửa. Nó giúp đạt được sự cân bằng đúng đắn giữa sự ổn định và khả năng đáp ứng.

Điều khiển lợi ích căn bản.

Tăng dần tôi để loại bỏ các lỗi ổn định trạng thái: tăng dần độ tăng tích hợp để sửa bất kỳ lỗi trạng thái ổn định nào còn tồn tại. Điều quan trọng là phải đưa đầu ra của hệ thống gần điểm đặt mong muốn của nó hơn, mà không tạo ra dao động quá mức.

Giám sát đáp ứng của hệ thống và thực hiện các điều chỉnh khi cần thiết: liên tục giám sát đáp ứng của hệ thống đối với những thay đổi trong độ lợi tích hợp. Điều chỉnh hệ thống để có được kết quả mong muốn trong khi tránh sự không ổn định.

5. Kiểm soát lợi nhuận phái sinh (D)

Tăng D từ từ thành giảm dao động: Bắt đầu bằng cách tăng độ lợi đạo hàm (Kd). Điều này sẽ làm giảm dao động, và tăng sự ổn định của hệ thống. Thành phần dẫn xuất này có thể được sử dụng để chống lại và dự đoán lỗi nhanh thay đổi.

Điều chỉnh D cho đến khi đạt được sự ổn định mong muốn. Tiếp tục điều chỉnh độ lợi đạo hàm, và hệ thống sẽ thể hiện hành vi ổn định. Chỉnh độ lợi đạo hàm ở mức thích hợp. Một thiết lập quá cao có thể gây ra hành vi thất thường và tăng tiếng ồn.

6. Các kỹ thuật kiểm soát thông thường

Kỹ thuật Ziegler-Nichols

Ziegler-Nichols là một kỹ thuật đã được thiết lập để điều khiển các bộ điều khiển PID. Các bước này là:

Zero Độ lợi tích phân và đạo hàm (Ki, Kd).

Hệ thống sẽ dao động trong một khoảng thời gian kéo dài khi độ lợi được tăng lên tối đa (Ku).

Tính toán độ lợi PID bằng cách sử dụng công thức Ziegler và Nichols.

Cohen Coon Method.

Phương pháp này dựa trên phương pháp Cohen-Coon, có thể được sử dụng để kiểm soát các bộ điều khiển PID đặc biệt cho các quá trình có thời gian chết đáng kể. Các bước này là:

Kiểm thử vòng hở là cách tốt nhất để tìm ra đường cong phản ứng quá trình bạn có.

Tính các tham số quá trình như hằng số thời gian và thời gian chết.

Dùng phương trình điều chỉnh Cohen-Coon để tìm kết quả tốt nhất từ PID.

7. Thử và sai sót

Điều chỉnh lặp đi lặp lại độ lợi PID dựa trên hiệu suất của hệ thống. Đó là một cách tiếp cận thực tế cho các hệ thống phức tạp khó mô hình toán học. Để tìm các thiết lập PID tối ưu, bắt đầu với những thay đổi nhỏ và theo dõi phản ứng của hệ thống.

Bí quyết hữu hiệu để kiểm soát

Thực hiện những thay đổi nhỏ: để tránh các hiệu ứng hệ thống mạnh, thực hiện các điều chỉnh gia tăng đến các lợi ích PID.

Cho thời gian giữa các thay đổi: cho phép thời gian hệ thống phản ứng với bất kỳ điều chỉnh nào trước khi tiếp tục.

Mô phỏng: sử dụng mô phỏng PID để hiểu và thực hành các tác động của thu được PID.

Điều khiển PID một cách chính xác để đạt được hiệu suất tối ưu và ổn định hệ thống. Hiểu được chức năng của các thành phần nguyên, đạo hàm, và tỷ lệ, cũng như các phương pháp có hệ thống để kiểm soát, sẽ cho phép bạn kiểm soát ĐÈN LED một cách hiệu quả. Hệ thống này sẽ đáng tin cậy hơn và hiệu quả hơn nếu độ lợi PID được liên tục theo dõi và điều chỉnh.