Hiểu PID trong điều khiển nhiệt độ: các thành phần, chức năng và các ứng dụng

Biết ĐƯỢC PID có nghĩa gìBộ điều khiển nhiệt độCách hoạt động của mỗi bộ phận, và những lợi thế và thách thức khi sử dụng các bộ điều khiển PID trong các ứng dụng khác nhau. Khám phá ra tầm quan trọng của chúng trong việc duy trì kiểm soát nhiệt độ chính xác.

  1. Giới thiệu đến bộ điều khiển nhiệt độ

Bộ điều khiển nhiệt độ điều khiển nhiệt độ là các thiết bị thiết yếu được sử dụng trong các ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau để điều chỉnh các quy trình làm nóng hoặc làm mát để đạt được một cài đặt nhiệt độ lý tưởng, chẳng hạn như phản ứng hóa học, xử lý thực phẩm hoặc hệ thống HVAC. Các bộ điều khiển PID nổi bật là những lựa chọn đặc biệt đáng tin cậy giữa các bộ điều khiển; Mức độ chính xác cao đã mang lại cho họ sự phổ biến lớn với cả các cá nhân và các chuyên gia trong ngành.

  2. Định nghĩa của BỆNH PID

PID là viết tắt của tỉ lệ-tích phân-vi phân. Từ viết tắt này đại diện cho ba thành phần cơ bản của bộ điều khiển PID; Mỗi phần tử góp phần vào chiến lược kiểm soát tổng thể của nó. Các bộ điều khiển PID đầu tiên được phát minh như là một sự thay thế cải tiến cho các phương pháp điều khiển đơn giản được sử dụng tại thời điểm đó; Kể từ đó, họ đã thấy sự tiến bộ đáng kể về tiến bộ công nghệ. Điều khiển PID đã tồn tại ít nhất là từ đầu thế kỷ 20.

  3. Các thành phần của một bộ điều khiển PID

* Thành phần tỷ lệ (P) Thành phần này tạo ra một đầu ra tỷ lệ thuận với bất kỳ lỗi hiện tại nào -- nghĩa là, giữa điểm đặt mong muốn và giá trị biến quy trình thực tế - như được đo bằng các giá trị sai số. Trong các ứng dụng kiểm soát nhiệt độ như điều chỉnh nhiệt/làm mát đầu ra hoặc hệ thống theo dõi nhiệt độ, các thành phần tỷ lệ cung cấp điều chỉnh bằng cách thay đổi đầu ra phù hợp; Lợi ích tỷ lệ xác định khả năng đáp ứng nhưng lợi ích quá cao có thể dẫn đến sự bất ổn (Stearman 2005;).

Thành phần nguyên (I)

* Thành phần tích phân, còn được gọi là một khâu tích phân hoặc khâu tích phân trong các hệ thống điều khiển nhiệt độ, xử lý các lỗi quá khứ bằng cách tích hợp chúng theo thời gian và là điều cần thiết để loại bỏ các lỗi ổn định không thể chỉnh sửa chỉ với các khâu tỉ lệ. Đối với các hệ thống điều chỉnh nhiệt độ, thuật ngữ này đảm bảo hệ thống đạt được và giữ trong điểm đặt bằng cách bù đắp cho sự khác biệt liên tục có thể tồn tại giữa nó và nhiệt độ đặt.

Thành phần phái sinh (D)

 * Thành phần phái sinh dự đoán các lỗi trong tương lai dựa trên tốc độ thay đổi của chúng, tạo ra hiệu ứng làm giảm và giúp cải thiện sự ổn định của hệ thống. Khi áp dụng cho các hệ thống kiểm soát nhiệt độ, các thuật ngữ phái sinh giúp làm mịn thời gian đáp ứng trong khi giảm nhẹ biến động nhanh để quản lý nhiệt độ phù hợp hơn.

  4. Bộ điều khiển PID hoạt động như thế nào trong điều khiển nhiệt độ

Bộ điều khiển PID hoạt động thông qua cơ chế vòng phản hồi, thường xuyên tính giá trị lỗi và áp dụng các điều chỉnh bằng các thuật ngữ tỷ lệ, tích phân và đạo hàm để giữ nhiệt độ trong các thông số chấp nhận được. Here' s cách chúng hoạt động trong một hệ thống kiểm soát nhiệt độ môi trường:

* Cơ chế vòng phản hồi: bộ điều khiển nhận đầu vào từ một cảm biến nhiệt độ để theo dõi nhiệt độ hiện tại. Sau đó so sánh cách đọc này với điểm đặt của nó để tính toán bất kỳ sự khác biệt và bất kỳ lỗi có thể phát sinh khi so sánh.

* Tính và điều chỉnh lỗi liên tục: Bộ điều khiển PID điều chỉnh nhiệt hoặc làm mát liên tục để giảm thiểu các lỗi; Giải quyết theo tỷ lệ lỗi hiện tại trong khi tích phân sửa chữa những lỗi trong quá khứ và các dự đoán những lỗi mới.

* Bộ điều khiển PID trong một hệ thống sưởi ấm: Khi nhiệt độ giảm xuống dưới điểm đặt, PID làm tăng sản lượng nhiệt trong khi nhiệt độ vượt quá điểm đặt này, PID giảm nó - với thời hạn tích hợp của nó hướng tới việc duy trì nhiệt độ mục tiêu trong khi các thuật ngữ dẫn xuất của nó bảo vệ chống quá mức hoặc dao động.

  5. Các bộ điều khiển PID có lợi thế trong điều khiển nhiệt độ các bộ điều khiển PID cung cấp nhiều lợi ích khi sử dụng cho các ứng dụng điều chỉnh nhiệt độ:

* Tăng cường độ chính xác và độ ổn định: Bộ điều khiển PID đưa ra sự điều chỉnh nhiệt độ chính xác bằng cách kết hợp các khâu tỉ lệ, tích phân và đạo hàm trong kiểm soát nhiệt độ; Bằng cách này, chúng giảm thiểu độ lệch từ nhiệt độ điểm đặt và đảm bảo kiểm soát chính xác và ổn định theo thời gian.

* Giảm sự phóng đại và dao động: Thuật ngữ phái sinh có thể giúp làm giảm phản ứng của hệ thống và giới hạn Overshoot hoặc dao động liên quan đến các phương pháp điều khiển đơn giản hơn, do đó giảm thiểu bất kỳ tác dụng phụ âm như dao động.

* Khả năng thích ứng với các hệ thống và điều kiện khác nhau: Các bộ điều khiển PID có thể được sửa đổi để thích ứng với các hệ thống và môi trường điều hành đa dạng, làm cho chúng linh hoạt và áp dụng rộng rãi.

 6. Những thử thách và giới hạn

Tuy nhiên, các bộ điều khiển PID có một số nhược điểm cần phải xem xét. Đây là những vấn đề chính.

* Nhạy cảm với tiếng ồn: Thuật ngữ phái sinh có thể dễ bị nhiễu trong các phép đo nhiệt độ và gây ra các dao động trong đầu ra kiểm soát, dẫn đến các dao động phải được giảm nhẹ bằng cách sử dụng các bộ lọc hoặc thay đổi thiết lập độ lợi vi phân. Vấn đề này có thể được giảm nhẹ bằng cách sử dụng các bộ lọc hoặc bằng cách thay đổi thiết lập độ lợi sai khác tương ứng.

* Điều chỉnh độ khó: Điều chỉnh đúng bộ điều khiển PID đòi hỏi kinh nghiệm và hiểu biết về động lực hệ thống để làm đúng; Điều chỉnh không đúng có thể dẫn đến giảm hiệu suất hoặc sự bất ổn của hệ thống.

* Tiềm năng của Kick phái sinh: những thay đổi đột ngột trong điểm đặt có thể gây ra sự gia tăng đột ngột các thuật ngữ phái sinh được gọi là Kick phái sinh, nên được giải quyết thông qua các gạch nối điểm đặt hoặc sử dụng bộ lọc phái sinh.

Bộ điều khiển nhiệt độ PID có nhiều ứng dụng do độ chính xác và đáng tin cậy của chúng: từ giám sát nhiệt độ môi trường trong một tòa nhà văn phòng hoặc cơ sở đến kiểm soát khí hậu trong nhà.

* Quá trình công nghiệp: Bộ điều khiển PID đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì sự điều hòa nhiệt độ chính xác trong các lò phản ứng hoá học, lò luyện Kim và các quy trình công nghiệp khác để duy trì chất lượng sản phẩm và bảo đảm sự an toàn cho người lao động.

* Thiết bị tiêu dùng: Bộ điều khiển PID cung cấp sự thoải mái và hiệu quả năng lượng bằng cách duy trì nhiệt độ lý tưởng trong các thiết bị gia dụng như lò và hệ thống HVAC, tăng sự thoải mái và tiết kiệm năng lượng.

* Thiết bị phòng thí nghiệm: Bộ điều khiển PID là công cụ không thể thiếu trong phòng thí nghiệm, thường được tìm thấy bên trong lồng ấp, buồng thử nghiệm và các bộ phận khác của máy móc cần được quản lý nhiệt độ chính xác để có được những thí nghiệm chính xác.

  7. Các trang web được đề nghị đọc thêm

Powerblanket: Hướng dẫn toàn diện về bộ điều khiển nhiệt độ PID và những lợi ích của chúng.

Anschliessend Whitelabel (bằng tiếng Đức). Ie để đọc thêm các bộ điều khiển PID được dán nhãn trắng, các đặc điểm, lợi ích và giá cả của chúng.

Parchet 4. Judetean McShane Inc: Cung cấp các mô tả và cân nhắc sâu khi mua bộ điều khiển nhiệt độ PID. 3. Khi nghiên cứu những bộ điều khiển này cho chính mình. NETS Inc đưa ra lời giải thích sâu về các bộ điều khiển nhiệt độ vùng chậu trong khi McShane đưa ra những bài viết sâu hơn để hiểu chúng tốt hơn.