Hiểu các bộ điều khiển PID: PID là gì?

Khám phá ra điều PID tượng trưng cho gìBộ điều khiển PIDVà làm thế nào mỗi phần - tỷ lệ, tích phân và nguyên phân - góp phần vào các hệ thống điều khiển hiệu quả. Tìm hiểu về vai trò của họ, phương pháp điều chỉnh, và các tính năng nâng cao trong hướng dẫn toàn diện này.

  1. Giới thiệu về điều khiển PID

Bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative) là một yếu tố thiết yếu trong các hệ thống điều khiển, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp tự động hóa và kỹ thuật. Thành phần này đo sai số như sự khác biệt giữa điểm đặt mong muốn và giá trị biến quy trình đo bằng cách áp dụng các yếu tố hiệu chỉnh tỷ lệ, tích phân và phái sinh khi cần thiết - cơ chế này đảm bảo đầu ra hệ thống tuân theo quỹ đạo mong muốn trong khi vẫn ổn định với hiệu suất tối ưu và ổn định tối ưu.

  2. Thành phần tỷ lệ (P)

Một PID Controller&#Thành phần tỷ lệ 39; s thành phần tỷ lệ, còn được gọi là thành phần tỷ lệ hoặc thành phần đầu ra tỷ lệ (Kp), tạo ra tỷ lệ đầu ra tỷ lệ với giá trị lỗi hiện hành và Kp xác định cường độ đáp ứng với sai số; Lợi nhuận tỷ lệ cao hơn có xu hướng đưa ra những hiệu chỉnh lớn hơn cho từng lỗi riêng giúp cải thiện thời gian đáp ứng; Tuy nhiên nếu quá lớn một độ lợi tỷ lệ tồn tại nó có thể gây ra sự bất ổn và dao động trong hệ thống.

Trong thực tế, điều khiển tỷ lệ giúp giảm thiểu sai số nhưng không thể hoàn toàn tiệt trừ nó. Ví dụ, trong các hệ thống điều khiển nhiệt độ sử dụng điều khiển tỷ lệ để quản lý nhiệt độ, điều khiển tỷ lệ có thể điều chỉnh công suất của yếu tố làm nóng theo sự khác biệt nhiệt độ giữa các thiết lập mong muốn và thực tế; Tuy nhiên, các lỗi còn lại được gọi là lỗi trạng thái ổn định vẫn còn.

  3. Thành phần tích phân (I) của bộ điều khiển PID

Một PID Controller' s thành phần tích phân (I) giải quyết các lỗi ổn định trạng thái bằng cách tích hợp dần dần các lỗi theo thời gian, trong khi độ lợi tích phân (Ki) xác định sự đóng góp của chúng vào đầu ra của bộ điều khiển. Bằng cách tổng hợp các lỗi trong quá khứ, hành động tích hợp của nó đảm bảo rằng đầu ra tiếp tục tăng cho đến khi tất cả các lỗi đã được loại bỏ khỏi nó.

Hành động tích phân có thể đặc biệt hữu ích trong các hệ thống mà chỉ điều khiển tỷ lệ không thể cung cấp độ chính xác mong muốn, ví dụ một hệ thống điều khiển tốc độ động cơ; Ở đây, hành động tích hợp giúp điều chỉnh đầu vào từ một động cơ để duy trì tốc độ mong muốn bất kể thay đổi nhiễu hoặc tải.

Thành phần dẫn xuất A PID Controller' thành phần phái sinh s dự đoán các lỗi trong tương lai dựa trên tỷ lệ thay đổi của chúng; Lợi nhuận phái sinh (Kd) đo cách đóng góp này vào sản lượng; Sử dụng các thành phần phái sinh có thể làm giảm đáp ứng hệ thống trong khi giảm sự vượt mức và cải thiện sự ổn định.

Các ứng dụng thực tế của hành động phái sinh chứng minh hiệu quả khi các lỗi nhanh phải được đối phó nhanh; Như hệ thống điều khiển cánh tay robot. Một thành phần phái sinh có thể giúp làm mịn chuyển động, tránh những điểm dừng đột ngột hoặc dừng đột ngột và đảm bảo vị trí chính xác.

  4. Kết hợp P, I và D thành phần

Sức mạnh thực sự của bộ điều khiển PID nằm trong ba thành phần làm việc của nó trong buổi hòa nhạc để cung cấp một giải pháp mạnh mẽ. Mỗi bộ phận giải quyết các khía cạnh khác nhau của kiểm soát cho nhiều ứng dụng khác nhau - cung cấp đáp ứng kịp thời khi lỗi phát sinh, tích phân loại bỏ các lỗi trạng thái ổn định trong khi đạo hàm cải thiện thời gian ổn định và đáp ứng.

Các bộ điều khiển PID có nhiều ưu điểm so với các loại bộ điều khiển khác. Phương pháp cân bằng của họ cung cấp kiểm soát chính xác nhưng ổn định, và PID' triển khai và điều chỉnh dễ dàng làm cho chúng trở thành lựa chọn phổ biến trong các ngành công nghiệp bao gồm sản xuất, ô tô và hàng không vũ trụ.

  5. Điều chỉnh một bộ điều khiển PID

Điều chỉnh một bộ điều khiển PID liên quan đến việc điều chỉnh độ lợi tỷ lệ, tích phân và phái sinh cho đến khi chúng đạt được hiệu suất hệ thống mong muốn của bạn. Điều chỉnh chính xác cho điều khiển tối ưu là rất quan trọng vì các cài đặt sai có thể dẫn đến hiệu suất kém hoặc bất ổn; Có nhiều chiến lược điều chỉnh khác nhau như điều chỉnh thủ công, phương pháp Ziegler-Nichols hoặc các công cụ dựa trên phần mềm để điều chỉnh PID mà bạn có thể sử dụng để điều chỉnh tối ưu kết quả.

Việc điều chỉnh thủ công bao gồm việc điều chỉnh các lợi nhuận dựa trên cách hệ thống phản ứng của bạn, đòi hỏi sự hiểu biết về động lực của nó. Để một cách tiếp cận có hệ thống điều chỉnh bằng các quy tắc cụ thể để thiết lập lợi ích dựa trên phản ứng dao động của hệ thống của bạn. Các công cụ dựa trên phần mềm, như được tìm thấy trong MATLAB và Simulink cung cấp các tùy chọn điều chỉnh tự động để đơn giản hóa quá trình này trong khi cung cấp kết quả chính xác.

Các bộ điều khiển PID có thể được tăng cường với các tính năng tiên tiến để nâng cao hiệu suất của chúng trong các ứng dụng cụ thể. Một trong những tăng cường như vậy là chống quá mức, ngăn ngừa các điều khoản tích lũy quá mức khi thiết bị truyền động bão hòa đã xảy ra và do đó giúp tránh các overshoots lớn trong khi cải thiện đáp ứng với các xáo trộn lớn.

Truyền không Bumpless, một tính năng tiên tiến, cung cấp cho việc chuyển đổi trơn tru giữa các chế độ điều khiển bằng tay và tự động trong các hệ thống mà sự can thiệp bằng tay có thể được yêu cầu trong các hoạt động cụ thể. It' S đặc biệt hữu ích cho các hệ thống nơi cần phải có can thiệp thủ công cho các hoạt động cụ thể.

  6. Bộ điều khiển PID

 Có các dạng khác nhau, chẳng hạn như tỷ lệ tích phân (PI) và tỷ lệ đạo hàm (PD), tương ứng. Trong khi bộ điều khiển PI là tốt nhất cho các hệ thống mà không cần hành động phái sinh, trong khi PD một phù hợp với hành động tích hợp chỉ các ứng dụng. Hơn nữa, một số bộ điều khiển PID được trang bị các bộ lọc về thuật ngữ dẫn xuất để giảm độ nhạy tiếng ồn.