Bộ điều khiển PID làm gì? Hiểu chức năng và các ứng dụng của nó
Khám phá raBộ điều khiển PIDCó bao gồm chức năng cơ bản, các thành phần và ứng dụng trong tự động hóa công nghiệp. Học cách các bộ điều khiển PID cải thiện độ ổn định và hiệu suất của quá trình.
1. Giới thiệu bộ điều khiển tỷ lệ tích hợp
Bộ điều khiển PID (tỉ lệ-tích phân) là bộ phận không thể thiếu của hệ thống điều khiển và tự động hóa công nghiệp, được sử dụng để duy trì các điểm đặt mong muốn bằng cách giảm thiểu các lỗi giữa điểm đặt và các biến quá trình. Các bộ điều khiển PID đóng vai trò thiết yếu trong điều khiển nhiệt độ, áp suất và dòng chảy trong đó điều khiển chính xác và ổn định là cần thiết cho hiệu suất tối ưu.
2. Chức năng cơ bản của bộ điều khiển PID
Kiểm soát tỷ lệ
Một thành phần tỷ lệ của các bộ điều khiển PID đáp ứng với các lỗi gây ra bởi sự khác biệt giữa điểm đặt và các biến quá trình bằng điều chỉnh tỷ lệ đầu ra điều khiển để đáp ứng với chúng. Độ lợi tỷ lệ, còn được gọi là (K_p), thiết lập độ lớn của phản ứng; Tăng (K_p) có thể đưa ra để sửa lỗi lớn hơn; Tuy nhiên, nếu được thiết lập quá cao nó có thể dẫn đến sự bất ổn trong hệ thống.
3. Kiểm soát tích cực
Điều khiển tích phân giải quyết các tích lũy của các lỗi quá khứ theo thời gian bằng cách thêm lỗi tổng hợp vào đầu ra điều khiển, loại bỏ sai số trạng thái ổn định còn lại mà chỉ điều khiển tỷ lệ không thể sửa được. Một độ lợi tích phân, được gọi là K_i, kiểm soát mức độ sai số được sửa chữa nhanh chóng nhưng quá cao K_i có thể gây ra dao động hoạt động của hệ thống.
4. Kiểm soát đạo hàm
Các thành phần phái sinh phản ứng với tốc độ thay đổi của một lỗi bằng cách dự đoán giá trị tương lai của nó dựa trên tốc độ thay đổi hiện tại của nó, giúp làm giảm phản ứng của hệ thống trong khi giảm sự vượt mức và cải thiện sự ổn định. K_d, hoặc hệ số tăng phái sinh quyết định độ nhạy của nó đối với những thay đổi trong Error' s tỉ lệ; Quá nhiều kd có thể làm tăng nhiễu trong hệ thống của bạn.
5. Bộ điều khiển PID
Cơ chế phản hồi
Các bộ điều khiển PID hoạt động trong một cơ chế vòng phản hồi trong đó các biến quá trình được đo liên tục dựa trên giá trị điểm đặt để phát hiện bất kỳ sai lệch nào gây ra lỗi; Sau khi phát hiện, dữ liệu lỗi này được đưa vào thuật toán điều khiển PID tính toán đầu ra điều khiển tương ứng.
Thuật toán điều khiển một thuật toán điều khiển sử dụng các thuật ngữ tỷ lệ, tích phân và đạo hàm để điều chỉnh quá trình tương ứng. Một đầu ra điều khiển PID điển hình (U (t)) có thể trông giống như:
$$Ví dụ như,$$_p = K_e (t), K_i = IntE, và K_d là fractionde (t).dt
Tại thời điểm (t), lỗi (E (t)) phát sinh và đòi hỏi sửa chữa ngay lập tức; Tuy nhiên thành phần tỷ lệ của nó (K_p e (t)) cung cấp phản hồi ngay lập tức; K_i sửa lỗi quá khứ theo thời gian trong khi K_d dự đoán những lỗi tương lai sẽ cho phản hồi và sửa chữa ngay lập tức.
6. Sử dụng cho các bộ điều khiển PID (bộ điều khiển cảm ứng độ trễ được lập trình)
Kiểm soát nhiệt độ
Các bộ điều khiển PID được sử dụng rộng rãi làm bộ điều chỉnh nhiệt độ. Các hệ thống HVAC dựa vào chúng để đạt được khí hậu mong muốn bằng cách điều chỉnh các yếu tố làm nóng hoặc làm mát khi cần thiết; Lò nướng công nghiệp sử dụng bộ điều khiển PID để điều chỉnh nhiệt độ chính xác trong quá trình như nướng, chữa cháy và xử lý nhiệt.
Kiểm soát áp suất
Xử lý hóa học và hệ thống thủy lực yêu cầu bộ điều khiển PID quản lý áp suất cho các hoạt động an toàn và hiệu quả, giúp ngăn ngừa thiệt hại thiết bị trong khi đảm bảo chất lượng sản phẩm phù hợp. Bằng cách kiểm soát áp lực ở mức mong muốn, các bộ điều khiển này đảm bảo hoạt động an toàn với kết quả chất lượng sản phẩm phù hợp.
Điều khiển dòng chảy
Các bộ điều khiển PID được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau để quản lý tốc độ dòng chảy của chất lỏng và khí. Các nhà máy xử lý nước sử dụng chúng để đảm bảo chất lượng nước phù hợp bằng cách kiểm soát dòng chảy hóa học và nước trong khi các hệ thống phun nhiên liệu sử dụng các bộ điều khiển PID để tối ưu hóa hỗn hợp nhiên liệu - không khí để đốt cháy hiệu quả.
7. Lợi ích của bộ điều khiển PID
Các bộ điều khiển PID cung cấp nhiều ưu điểm để cải thiện độ ổn định của quá trình, giảm biến đổi và hiệu suất hệ thống được nâng cao. Bằng cách liên tục điều chỉnh đầu ra điều khiển dựa trên các lỗi được phát hiện trong thời gian thực, các bộ điều khiển PID này giúp duy trì điểm đặt mong muốn của bạn một cách đáng tin cậy hơn dẫn đến các hoạt động tổng thể phù hợp hơn.
Điều chỉnh và tối ưu hóa
Việc điều chỉnh bộ điều khiển PID là phím cho hiệu suất tối ưu, và điều chỉnh liên quan đến việc sửa đổi (K_p), (K_i), và (K_d) độ lợi để có được đáp ứng mong muốn. Các chiến lược điều chỉnh phổ biến có thể bao gồm:
* Phương pháp Ziegler-Nichols: Thủ tục heuristic này đặt tất cả các độ lợi tích phân và đạo hàm bằng không trước khi tăng độ lợi tỷ lệ cho đến khi dao động hệ thống xảy ra, sử dụng độ lợi cuối cùng của nó cũng như thời gian dao động làm cơ sở để tính lợi PID.
* Phép thử và sai sót: Dần dần tăng mức độ gia tăng cho đến khi tìm được sự cân bằng giữa tính ổn định và độ đáp ứng của hệ thống.
- A PID Temperature Controller: A Comprehensive Guide (bằng tiếng Anh)
- How PID Controller Work: A Comprehensive Guide (bằng tiếng Anh)