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

F' V

Hiểu biếtBộ điều khiển PID: Các thành phần, công việc và ứng dụng

Tìm hiểu về các bộ điều khiển PID, các thành phần của chúng, các nguyên tắc làm việc, và các ứng dụng trong tự động hóa công nghiệp, điều khiển nhiệt độ, và điều khiển tốc độ động cơ. Khám phá những ưu điểm và thách thức của việc sử dụng bộ điều khiển PID trong các hệ thống điều khiển hiện đại.

  1. Các thành phần của bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân-dẫn xuất, thường được viết tắt là bộ điều khiển PID, là một hình thức cơ chế phản hồi vòng điều khiển thường được tìm thấy trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. Bộ điều khiển PID đóng một vai trò không thể thiếu trong việc duy trì đầu ra mong muốn bằng cách giảm thiểu lỗi giữa điểm đặt mong muốn và giá trị đầu ra thực tế - PIDs đóng vai trò này một cách hiệu quả khi kiểm soát các thiết bị gia dụng với các máy móc công nghiệp phức tạp do khả năng điều khiển chính xác và ổn định của chúng.

  2. Giới thiệu

Một PID Controller' thành phần tỷ lệ s, còn được gọi là K_p, tạo ra sản lượng tỷ lệ thuận với bất kỳ giá trị lỗi hiện hành nào. K_p quyết định phản ứng của nó; Ví dụ trong các hệ thống kiểm soát nhiệt độ nếu nhiệt độ lệch khỏi điểm đặt thì chỉ sử dụng K_p có thể dẫn đến các sai số trạng thái ổn định không bao giờ hoàn toàn đạt đến điểm đặt.

  3. Tích phân (I)

Để giải quyết các lỗi ở trạng thái ổn định, một thành phần không thể thiếu tập trung vào chúng bằng cách tích lũy các giá trị lỗi theo thời gian và thêm tổng giá trị này trở lại vào đầu ra của bộ điều khiển. K. Tôi nhấn mạnh sự sửa sai này; Bằng cách xem xét các giá trị lỗi paast và xem xét các giá trị đầu ra hệ thống quá khứ như các chỉ số cho hiệu chỉnh tiềm năng, một thành phần nguyên có thể đảm bảo đầu ra hệ thống cuối cùng đáp ứng điểm đặt; Ví dụ trong các hệ thống điều khiển tốc độ trong đó tốc độ động cơ giảm liên tục dưới giá trị mong muốn, tăng nỗ lực kiểm soát cho đến khi đạt tốc độ đạt được giá trị điểm đặt mong muốn sẽ cho phép thành phần không thể thiếu này điều chỉnh khi cần thiết cho đến khi đáp ứng được điểm đặt hoặc cuối cùng đạt được; Sử dụng các giá trị cũ của các giá trị sai số đảm bảo đầu ra của hệ thống cuối cùng đạt tới IT' s mong muốn điểm đặt

  4. Thành phần phái sinh (D)

 Thành phần phái sinh dự đoán xu hướng sai số trong tương lai bằng cách tính tỷ lệ thay đổi và phản ứng tương ứng của nó, sử dụng K_d để kiểm soát lỗi nhanh thay đổi như thế nào theo thời gian. Là một phần của hệ thống điều khiển arm, thành phần phái sinh có thể cung cấp các hiệu ứng làm giảm nhiệt bằng cách dự đoán sự thay đổi nhanh chóng trong lỗi vị trí để giúp làm dịu chuyển động trong khi cũng tránh chuyển động đột ngột.

Các bộ điều khiển PID điều khiển như thế nào

Bộ điều khiển PID hoạt động bằng cách liên tục tính toán giá trị sai số giữa điểm đặt mong muốn và các giá trị biến quá trình đo lường, áp dụng hiệu quả dựa trên các điều khoản tỷ lệ, tích phân và đạo hàm để gửi cho bộ truyền động để điều chỉnh quy trình để giảm các giá trị sai số càng nhiều càng tốt thông qua các cơ chế vòng phản hồi đảm bảo sự ổn định trong hệ thống của chúng trong khi đáp ứng hiệu quả trong trường hợp bị nhiễu hoặc các tình huống bất ngờ.

Các bộ điều khiển PID cũng có thể giúp đảm bảo xe duy trì tốc độ mong muốn bằng cách kiểm soát các vị trí van tiết lưu để duy trì nó. Nếu một dốc lên trên giảm tốc độ và gây ra lỗi trong điều hướng, gây ra các lỗi mà các lỗi trong tài liệu sử dụng - trong trường hợp như vậy bộ điều khiển PID làm tăng van tiết lưu để bù đắp và giữ tốc độ xe không đổi.

  5. PID Controller Applications and Their Benefits (PDF Download có sẵn).

Tự động hóa công nghiệp

Các bộ điều khiển PID được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp cho các quá trình khác nhau bao gồm nhiệt độ, áp suất, dòng chảy và điều khiển mức độ. Ví dụ, tại các nhà máy hóa học, các bộ điều khiển PID giúp đảm bảo điều kiện phản ứng tối ưu cũng như chất lượng sản phẩm thông qua điều hòa nhiệt độ và áp suất trong các lò phản ứng.

  6. Điều hòa nhiệt độ

Các bộ điều khiển PID được sử dụng trong các hệ thống SƯỞI ấm, thông gió và điều hòa không khí HVAC (hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí) sử dụng các điều khiển đầu ra khác biệt (DIAC) để quản lý nhiệt độ bằng cách điều chỉnh đầu ra phù hợp với bất kỳ sự khác biệt nào giữa nhiệt độ phòng mong muốn và nhiệt độ phòng thực - điều này đảm bảo một bầu không khí thoải mái trong khi tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng.

Bộ điều khiển PID đóng một vai trò quan trọng trong các ứng dụng điều khiển tốc độ động cơ như băng chuyền và xe điện bằng cách liên tục điều chỉnh đầu vào động cơ để duy trì tốc độ mong muốn bất kể biến động tải và nhiễu.

Bộ điều khiển PID có nhiều ứng dụng liên quan ngoài robot và bay hàng không vũ trụ, chẳng hạn như các hệ thống định vị robot và xử lý tín hiệu trong viễn thông. Robot yêu cầu di chuyển chính xác cánh tay robot trong khi bộ điều khiển PID ổn định máy bay trong chuyến bay trong khi viễn thông sử dụng bộ điều khiển PID cho mục đích xử lý tín hiệu và quản lý tỷ lệ truyền tải dữ liệu.

Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống năng lượng mặt trời ở Úc

Điều khiển PID có lợi

Bộ điều khiển PID mang lại nhiều lợi thế cho các ngành công nghiệp và các ứng dụng khác nhau, bao gồm sự đơn giản, độ tin cậy và hiệu quả. PID cung cấp điều khiển chính xác đồng thời giảm mức độ sai số ổn định trạng thái ổn định để cải thiện sự ổn định của hệ thống - hai phẩm chất đã làm cho các bộ điều khiển PID trở nên phổ biến trong số các kỹ sư ngày nay. Hơn nữa, triển khai và điều chỉnh là quá trình dễ dàng làm cho các bộ điều khiển PID được lựa chọn trên nhiều lĩnh vực.

Bộ điều khiển PID giới hạn và thách thức

Mặc dù các bộ điều khiển PID có nhiều lợi thế, nhưng chúng cũng có những nhược điểm và thách thức. PIDs có thể phải đấu tranh trong các hệ thống có sự chậm trễ thời gian đáng kể hoặc phi tuyến. Việc điều chỉnh 3 thông số của nó (K_p, K_i, và K_d) có thể chứng minh là thách thức và đòi hỏi các kỹ thuật thử và sai số hoặc tối ưu hóa nâng cao cho mục đích điều chỉnh. Hơn nữa, các bộ điều khiển như vậy có thể không phù hợp cho các hệ thống rất phức tạp đòi hỏi các chiến lược điều khiển thích nghi hoặc dự đoán.

  7. Kết luận

Các bộ điều khiển PID đã trở thành các thành phần không thể thiếu trong các hệ thống điều khiển hiện đại, cung cấp các điều chỉnh chính xác và ổn định trong nhiều ứng dụng. Khả năng giảm thiểu lỗi trong khi đáp ứng sản lượng mong muốn làm cho chúng không thể thiếu trong các lĩnh vực bao gồm sản xuất cho hàng không vũ trụ.