Hiểu các hệ thống điều khiển PID: các thành phần, hoạt động và ứng dụng

Tìm hiểu vềĐiều khiển PIDHệ thống, thành phần, nguyên tắc làm việc, loại, ứng dụng, ưu điểm và phương pháp điều chỉnh. Tìm hiểu cách các bộ điều khiển PID cung cấp điều khiển chính xác và ổn định trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau.

1. Giới thiệu

Hệ thống điều khiển PID là một cơ chế điều khiển vòng phản hồi hiệu quả được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. Vai trò chính của chúng là duy trì đầu ra mong muốn bằng cách giảm thiểu các lỗi giữa điểm đặt và đầu ra thực tế; Các bộ điều khiển PID đóng một vai trò thiết yếu trong các ứng dụng điều khiển nhiệt độ, áp suất và tốc độ do khả năng điều khiển chính xác nhưng ổn định của chúng.

2. Các thành phần của hệ thống điều khiển PID

Một hệ thống điều khiển PID bao gồm ba phần tử chính.

1. Thành phần tỷ lệ (P) : Thành phần này tạo ra tỷ lệ đầu ra với giá trị lỗi hiện tại và giúp giảm lỗi tổng thể bằng cách điều chỉnh điều khiển đầu ra phù hợp; Cách tiếp cận này giúp giảm thiểu các lỗi tổng thể nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn lỗi trạng thái ổn định.

2.

Thành phần tích phân (I) : Thành phần tích phân này tích lũy các lỗi trong quá khứ theo thời gian và tích hợp chúng để tạo ra đầu ra điều khiển, giảm thiểu hiệu quả lỗi trạng thái ổn định bằng cách thay đổi đầu ra dựa trên tích lũy lỗi quá khứ tích lũy.

3. Thành phần dẫn xuất Darui (D) : Thành phần phái sinh dự báo các lỗi trong tương lai dựa trên những thay đổi đối với các lỗi hiện tại, giúp cải thiện sự ổn định của hệ thống kiểm soát và thời gian đáp ứng bằng cách hoạt động như một hiệu ứng làm giảm.

3. Nguyên lý làm việc của các hệ thống điều khiển PID

Hệ thống điều khiển PID hoạt động bằng cách liên tục tính giá trị sai số như sự khác biệt giữa điểm đặt mong muốn và đầu ra thực tế, sử dụng các thuật ngữ tỷ lệ, tích phân và đạo hàm để giảm thiểu chúng. Một cơ chế vòng phản hồi đảm bảo rằng đầu ra retuns với trạng thái dự định ban đầu của nó liên tục.

4. Các bộ điều khiển PID

Có nhiều loại bộ điều khiển PID khác nhau, mỗi bộ điều khiển cung cấp những lợi ích và ứng dụng cụ thể:

1. Bộ điều khiển On/Off: Các bộ điều khiển này cung cấp các giải pháp đơn giản nhưng mạnh mẽ, cung cấp đầy đủ khả năng bật/tắt dựa trên bất kỳ giá trị lỗi nào được phát hiện, làm cho chúng phù hợp với các hệ thống nơi điều khiển chính xác không cần thiết.

2. Bộ điều khiển tỷ lệ: Bộ điều khiển tỷ lệ thay đổi đầu ra theo tỷ lệ với bất kỳ giá trị lỗi nào, cung cấp điều khiển lớn hơn bộ điều khiển trên/tắt nhưng vẫn có thể chứa lỗi trạng thái ổn định.

3. Bộ điều khiển PID tiêu chuẩn: Bộ điều khiển PID kết hợp các thành phần tỷ lệ, tích hợp và dẫn xuất để cung cấp điều khiển chính xác nhưng ổn định, làm cho chúng phổ biến được sử dụng bởi các tổ chức công nghiệp vì khả năng loại bỏ các lỗi ổn định trong khi tăng độ ổn định của hệ thống.

5. Ứng dụng của các hệ thống điều khiển PID

Các hệ thống điều khiển PID có nhiều ứng dụng trong các ngành:

1.

Điều khiển nhiệt độ: Các bộ điều khiển PID thường được sử dụng trong các hệ thống làm nóng và làm mát để đạt được nhiệt độ phù hợp bằng cách điều chỉnh nhiệt độ đầu ra hoặc làm mát dựa trên bất kỳ độ lệch nhiệt nào từ mong muốn.

2. Các bộ điều khiển PID có thể duy trì áp suất: trong các quá trình điều khiển áp suất là cực kỳ quan trọng, các bộ điều khiển PID điều chỉnh đầu ra của họ để giữ cho áp suất mong muốn ở chỉ các mức phù hợp. 3.

Các bộ điều khiển PID rất cần thiết: Các bộ điều khiển PID thường được sử dụng trong các hệ thống dòng chảy chất lưu để giúp quản lý tốc độ dòng chảy bằng cách điều chỉnh van phù hợp với bất kỳ sự chênh lệch tốc độ dòng chảy nào phát sinh.

4. Tại điều khiển động cơ: Các bộ điều khiển PID là lý tưởng cho điều hòa tốc độ động cơ bằng cách kiểm soát đầu vào dựa trên các chỉ số lỗi như máy ' s lỗi tốc độ.

6. Ưu điểm của hệ thống điều khiển PID các hệ thống điều khiển PID

Cung cấp một số lợi ích làm cho họ lựa chọn đầu tư hấp dẫn:

1. Độ ổn định và độ chính xác: Các bộ điều khiển PID cung cấp điều khiển đáng tin cậy bằng cách liên tục điều chỉnh đầu ra dựa trên các lỗi được phát hiện trong quá trình kiểm soát đầu ra dựa trên các giá trị lỗi. 2. Tính linh hoạt và độ tin cậy: Các bộ điều khiển linh hoạt này có thể được sử dụng trên các ứng dụng cho hiệu suất kiểm soát phù hợp.

Các phương pháp điều chỉnh (bộ điều khiển PID) điều chỉnh một bộ điều khiển PID liên quan đến việc điều chỉnh độ lợi tỷ lệ, tích phân và đạo hàm của nó cho đến khi chúng đáp ứng các tiêu chí hiệu suất mong muốn. Một số kỹ thuật điều chỉnh phổ biến cho bộ điều khiển PID bao gồm:

1. Phương pháp Ziegler-Nichols: Kỹ thuật này liên quan đến việc thiết lập cả lợi tích phân và lãi phái sinh bằng không trong khi tăng dần tỷ lệ cho đến khi dao động của hệ thống xảy ra, sau đó độ lợi tối đa của nó và thời gian sau đó có thể được sử dụng để tính toán lợi nhuận PID.

2.

Các phương pháp điều chỉnh bổ sung: các kỹ thuật điều chỉnh khác như phương pháp Cohen-Coon hoặc trial-and-error cũng có thể được sử dụng để tối ưu hóa các bộ điều khiển PID theo nhu cầu ứng dụng cụ thể.