The Complete Guide to PID Control Loop Tuning. (ấn bản 2)

Hướng dẫn viên của chúng tôi sẽ dạy anh cách chỉnh sửa một vòng lặp PID. Khám phá vai trò của các thành phần nguyên, đạo hàm và các thành phần tỷ lệ và các kỹ thuật điều chỉnh chung để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

1. Giới thiệu

Vòng điều khiển PID là một khái niệm cơ bản trong kỹ thuật hệ thống điều khiển. Vòng điều khiển này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng, bao gồm tự động hóa công nghiệp, HVAC, robot và các hệ thống khác. Điều quan trọng là phải điều chỉnh đúng một hệ thống điều khiển PID để đạt được hiệu suất và độ ổn định tối ưu. Bài này cung cấp hướng dẫn để điều chỉnh một vòng lặp PID. Nó bao quát vai trò của các thành phần tỷ lệ, tích hợp, và vi phân và trình bày các phương pháp điều chỉnh chung.

2. Hiểu được các bộ phận của PID

Tỉ lệ

Một PID Controller&#Thành phần tỷ lệ 39; s được ký hiệu bởi " P", chịu trách nhiệm tạo ra một đầu ra tỷ lệ thuận với sai số hiện tại. Độ mạnh của một phản ứng tỷ lệ được xác định bởi độ lợi tỷ lệ. Tăng độ lợi tỷ lệ sẽ làm tăng khả năng đáp ứng của hệ thống, nhưng cũng có thể gây bất ổn hoặc dao động khi thiết lập ở mức cao.

Không thể thiếu I

Tích hợp thành phần " I" Được sử dụng để loại bỏ lỗi ở trạng thái ổn định vẫn tồn tại sau kiểm soát tỷ lệ. Gain Tích phân (Ki), điều chỉnh các lỗi tích lũy theo thời gian để giúp đưa đầu ra của hệ thống gần với các điểm đặt mong muốn hơn, là một thành phần của điều khiển tích hợp. Lợi nhuận tích phân quá cao có thể làm cho hệ thống chậm chạp, và dễ bị dao động hơn.

Đạo hàm (D)

Được ký hiệu là " D", thành phần phái sinh dự đoán hành vi trong tương lai dựa trên tỷ lệ thay đổi lỗi. Độ lợi phái sinh, Kd, giúp làm giảm dao động để cải thiện sự ổn định của hệ thống. Các thành phần phái sinh có thể nâng cao system' s hiệu suất nhưng nó có thể nhạy cảm với tiếng ồn, có thể dẫn đến một hành vi thất thường nếu nó không được điều chỉnh đúng cách.

3. Làm sao điều khiển PID

Hình thái ban đầu

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

Khởi động PID tới 0: Bắt đầu điều chỉnh bằng cách điều chỉnh độ lợi cho tích phân, đạo hàm và tỷ lệ (Kp) tại 0. Nó cung cấp một cơ sở cho mỗi thành phần được điều chỉnh riêng biệt.

Điều chỉnh độ lợi tỷ lệ P

Dần dần tăng độ lợi tỷ lệ cho đến khi bạn thấy các dao động đầu ra: tăng giá trị P cho đến khi nó bắt đầu dao động: điều khiển tỷ lệ có ảnh hưởng đủ mạnh đến hành vi của hệ thống.

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

5. Điều chỉnh độ lợi cơ 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.

Độ lệch độ lớn (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: Giữ điều chỉnh độ lợi đạo hàm theo hành vi mong muốn. 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 phương pháp điều chỉnh phổ biến

Kỹ thuật Ziegler-Nichols

Ziegler-Nichols là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất để điều chỉnh các bộ điều khiển PID. Sau đây là những bước cần thực hiện:

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 các phương trình Cohen-Coon, có thể được sử dụng để điều chỉnh các bộ điều khiển PID cho các hệ thống có thời hạn 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.

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 hiệu quả của thu được PID.

Việc điều chỉnh của vòng điều khiển PID rất quan trọng cho hiệu suất tối ưu và ổn định hệ thống. Hiểu được vai trò của các bộ phận tích phân, phái sinh, và tỷ lệ, cũng như các kỹ thuật điều chỉnh hệ thống sẽ cho phép bạn điều chỉnh các bộ điều khiển PID một cách hiệu quả cho các ứng dụng khác nhau. Hệ thống này sẽ đáng tin cậy hơn và hiệu quả hơn nếu độ lợi PID được liên tục theo dõi và điều chỉnh.