Hiểu điều khiển PID: Tỉ lệ-tích phân được giải thích

Học được điều gìĐiều khiển PIDBiểu trưng cho và hoạt động của nó. Khám phá các thành phần của điều khiển PID, các ứng dụng, ưu điểm và các ví dụ thế giới thực trong cuốn hướng dẫn toàn diện này.

1. Giới thiệu

Điều khiển PID (điều khiển tích hợp - tích phân) là một yếu tố không thể thiếu của tự động hóa công nghiệp và điều khiển quá trình, thường được sử dụng kết hợp với các hệ thống điều khiển phản hồi như các bộ điều khiển PID. Bộ điều khiển PID liên tục tính giá trị lỗi như là sự khác biệt giữa điểm đặt mong muốn và giá trị biến quá trình được đo và điều chỉnh đầu vào để giảm thiểu sự khác biệt này giữa điểm đặt mục tiêu và giá trị đo được - thường bằng cách tính toán liên tục các giá trị lỗi theo thời gian dựa trên lịch sử quá khứ hoặc các giá trị dự đoán trong tương lai. Các bộ điều khiển PID đã được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau, từ các quá trình công nghiệp đến các thiết bị gia đình hàng ngày do tính đơn giản và hiệu quả của chúng.

2. Các thành phần của các hệ thống điều khiển PID

Kiểm soát tỷ lệ (P)

PID' S thành phần điều khiển tỷ lệ tạo ra giá trị đầu ra tỷ lệ thuận với giá trị lỗi hiện hành, được xác định bởi lợi ích tỷ lệ hoặc tỷ lệ Kp. Nếu có lỗi lớn, sự sửa chữa có thể trở nên đáng kể - giúp giảm thiểu các lỗi tổng thể nhưng có lẽ không hoàn toàn loại bỏ chúng.

Ví dụ: Trong một hệ thống kiểm soát nhiệt độ, khi nhiệt độ thấp hơn các điểm đặt, điều khiển tỷ lệ làm tăng công suất sưởi ấm cho phù hợp để thích ứng với sự chênh lệch nhiệt độ này.

Tích cực (I)

PID Control' thành phần tích phân s giải quyết các lỗi quá khứ bằng cách cộng các lỗi quá khứ và các lỗi gần đây theo thời gian; Lợi tích phân của nó (Ki) xác định một phản ứng dựa trên tổng các sai số gần đây. Độ lợi tích phân cũng đóng vai trò tích phân, và cho phép các bộ điều khiển PID loại bỏ hiệu quả sai số ổn định dư không thể điều chỉnh bằng điều khiển tỷ lệ bằng cách dần dần tích hợp các sai số theo thời gian, cuối cùng loại bỏ hoàn toàn chúng và trả lại quá trình của chúng trở lại cân bằng với không có sai số ổn định nào ở mức độ zero.

Ví dụ: Trong một hệ thống kiểm soát nhiệt độ, nếu nhiệt độ luôn thấp hơn các điểm đặt của chúng, điều khiển tích phân sẽ dần dần tăng công suất sưởi ấm để loại bỏ các lỗi trạng thái ổn định và sửa chúng theo thời gian.

Dẫn xuất (D) PID Control' thành phần phái sinh s dự đoán các lỗi trong tương lai dựa trên tỷ lệ thay đổi của chúng; Kd xác định phản ứng của nó. Đáp ứng hệ thống triệt thoái bằng cách giảm quá mức và cải thiện sự ổn định trong khi hoạt động như kiểm soát dự đoán để thay đổi trơn tru hơn.

Ví dụ: Trong một hệ thống kiểm soát nhiệt độ, khi nhiệt độ nhanh chóng tiếp cận nhiệt độ đặt của họ, điều khiển phái sinh có thể làm giảm năng lượng sưởi ấm để tránh bắn quá mức và ngăn ngừa tình huống quá mức phát triển.

3. Sự PID tác động như thế nào

 Điều khiển PID mes mes hoạt động thông qua một cơ chế vòng phản hồi. Một bộ điều khiển liên tục đo các biến quá trình so với giá trị điểm đặt của chúng để tính các lỗi do độ lệch từ các phép đo này; Họ áp dụng các tính toán tỷ lệ, tích phân và phái sinh trên sai số này để rút ra đầu ra giúp điều chỉnh quy trình trong khi giảm thiểu các mức sai số.

4. Gương mẫu trong thế giới thật

 Xem xét một hệ thống điều khiển hành trình trên xe hơi: điểm đặt đại diện cho tốc độ mong muốn trong khi biến quá trình là tốc độ thực tế. Một bộ điều khiển PID điều chỉnh vị trí van tiết lưu tương ứng để duy trì tốc độ mong muốn bằng cách bù đắp cho những thay đổi trong độ nghiêng đường hoặc các yếu tố khác ảnh hưởng đến tốc độ thực.

Các bộ điều khiển PID điều khiển đã trở nên phổ biến trong các ngành khác nhau do tính linh hoạt và hiệu quả của chúng, tìm thấy nhiều ứng dụng trong nhiều thiết lập. Sau đây là một vài ví dụ phổ biến:

ứng dụng công nghiệp: Bộ điều khiển PID đã trở thành một yếu tố thiết yếu trong nhiệt độ, tốc độ động cơ, hệ thống điều khiển áp suất và dòng chảy đòi hỏi phải quản lý chính xác. Họ nói:#39; re rất cần thiết trong các quá trình mà việc kiểm soát chính xác phải được duy trì.

5. Lợi thế của điều khiển PID

* Ứng dụng hàng ngày: Trong các thiết bị gia dụng, bộ điều khiển PID có thể được tìm thấy trong thermostats, lò và tủ lạnh để duy trì nhiệt độ mong muốn một cách hiệu quả. Họ đảm bảo các thiết bị này có môi trường nhiệt tối ưu để ngăn chặn sự tăng hoặc giảm nhiệt độ sớm trong các môi trường này.

* Robot: Điều khiển PID có thể giúp đảm bảo chuyển động và định vị chính xác trong cánh tay robot và các phương tiện tự động, giúp duy trì sự ổn định và chính xác trong khi vẫn giữ an toàn cho người dùng.

Điều khiển PID có rất nhiều lợi thế

Điều khiển PID mang lại nhiều ưu điểm khiến nó trở thành giải pháp tốt hơn trong nhiều ứng dụng:

* Độ chính xác và độ chính xác: Các bộ điều khiển PID cung cấp quyền điều khiển chính xác bằng cách liên tục sửa đổi các quá trình dựa trên các giá trị lỗi.

* Ổn định và hiệu quả: Bằng cách sử dụng kiểm soát tỷ lệ, tích phân và phái sinh với nhau để tạo ra một phản ứng được tối ưu hóa để giảm thiểu sự vượt quá và thời gian ổn định, hệ thống của chúng tôi đảm bảo hoạt động ổn định đáp ứng mong đợi với hiệu quả.

* Tự động hóa và giảm thiểu lỗi của con người: Bộ điều khiển PID tự động hóa quá trình điều khiển, loại bỏ can thiệp thủ công đồng thời giảm thiểu lỗi của con người.

6. Kết luận

PID là viết tắt của Proportional-Integral-Derivative Control, một khái niệm thiết yếu trong tự động hóa và điều khiển quá trình bao gồm ba thành phần làm việc trong buổi hòa nhạc để giảm thiểu lỗi trong khi đáp ứng mong muốn điểm đặt. Các bộ điều khiển PID đã trở nên phổ biến do độ chính xác, ổn định và hiệu quả của chúng trên nhiều ứng dụng - xu hướng này hứa hẹn những phát triển tiếp theo với các hệ thống điều khiển thích nghi và thông minh trở thành tương lai cho các hệ thống điều khiển PID.