Bộ điều khiển PID là gì? Vai trò và ứng dụng của nó là gì?

1. Giới thiệu

Những khái niệm cơ bản

Hệ thống điều khiển PID được sử dụng để điều chỉnh các biến quá trình. Bộ điều khiển PID kết hợp ba thành phần cơ bản: tích phân, tỷ lệ và đạo hàm.

Tỷ lệ (P) : Thành phần này tạo ra một giá trị đầu ra tỷ lệ thuận với các giá trị lỗi hiện hành. Thành phần này cung cấp một sự sửa chữa ngay lập tức nhưng nó không loại bỏ các lỗi trạng thái ổn định.

Integer (I) : Thành phần này cộng thêm các lỗi trong quá khứ để loại bỏ độ dời mà CAN' T được bộ điều khiển tỷ lệ lấy ra. Nó đảm bảo lỗi trạng thái ổn định bằng không.

Dẫn xuất (D) : Thành phần này dự báo các lỗi trong tương lai dựa trên tỷ lệ thay đổi của nó. Thành phần này có hành động giảm tốc, làm giảm vọt và cải thiện sự ổn định của hệ thống.

Bộ điều khiển PID: Chúng hoạt động như thế nào

Bộ điều khiển PID liên tục tính toán giá trị sai số như một sự khác biệt giữa điểm đặt mong muốn và các biến quá trình đo (PV). Bộ điều khiển PID áp dụng các chỉnh sửa dựa trên các điều kiện tích phân, đạo hàm và tỷ lệ.

Giá trị quá trình (PV) : Giá trị đo hiện tại cho biến quy trình.

Điểm đặt: Một giá trị mong muốn mà hệ thống cố gắng duy trì.

Tính toán sai số: Chênh lệch giữa PV và SP.

Bộ điều khiển PID sẽ điều chỉnh các điều khiển đầu vào để đưa PV đến gần SP. Bộ điều khiển nhận được phản hồi liên tục từ hệ thống thông qua một cơ chế vòng kín.

Điều khiển hành trình bằng xe hơi

Điều khiển hành trình là một ứng dụng phổ biến của PID trên ô tô. Nó duy trì tốc độ xe bằng cách thay đổi lực đẩy theo sự khác biệt giữa tốc độ mong muốn và tốc độ hiện tại.

2. Điều chỉnh một bộ điều khiển PID

Để điều chỉnh PID, bạn phải đặt giá trị tốt nhất của lợi tích phân, tỷ lệ và đạo hàm để cho hệ thực hiện như mong muốn.

Tầm quan trọng của việc điều chỉnh: một hệ thống điều khiển được điều chỉnh phù hợp sẽ đảm bảo rằng nó chính xác, đáp ứng và ổn định.

Các phương pháp điều chỉnh có nhiều cách để điều chỉnh các bộ điều khiển PID. Chúng bao gồm việc điều chỉnh bằng tay, Ziegler Nichols' Phương pháp và chỉnh phần mềm.

Quá trình điều chỉnh thủ công bao gồm việc điều chỉnh lặp để đạt được một phản ứng mong muốn. Ziegler Nichols là một phương pháp cho phép điều chỉnh một cách có hệ thống dựa trên các tiêu chí nhất định. Các công cụ phần mềm cho phép điều chỉnh tự động bằng cách thực hiện các thuật toán tiên tiến tối ưu hóa cài đặt PID.

Áp dụng các bộ điều khiển PID

Ứng dụng công nghiệp trong các quá trình như sản xuất hóa học, xử lý nước hoặc chế biến thực phẩm, các điều khiển PID được sử dụng trong sản xuất để kiểm soát nhiệt độ, áp suất và dòng chảy.

Ứng dụng người tiêu dùng: bạn có thể tìm bộ điều khiển PID trong các thiết bị như tủ lạnh, hệ thống sưởi ấm tại nhà và máy cà phê. Các bộ điều khiển này đảm bảo hiệu suất năng lượng và hiệu suất phù hợp.

3. Những giới hạn và lợi thế

Các bộ điều khiển PID có nhiều lợi ích nhưng cũng có một số hạn chế.

Các bộ điều khiển PID ưu điểm có thể được triển khai dễ dàng, có hiệu quả cho nhiều ứng dụng và có khả năng điều chỉnh hiệu suất của chúng. Các bộ điều khiển PID cung cấp kiểm soát chính xác dẫn đến tăng hiệu quả của quá trình và cải thiện chất lượng sản phẩm.

Những hạn chế của các bộ điều khiển PID có thể đấu tranh để điều khiển các quá trình phi tuyến phức tạp và đòi hỏi phải điều chỉnh liên tục cho những thay đổi trong điều kiện quá trình. Các bộ điều khiển này có thể bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn hoặc nhiễu trong hệ thống.

Các lựa chọn thay thế cho các bộ điều khiển PID như bộ điều khiển thích nghi hoặc mô hình dự đoán có thể phù hợp hơn trong các tình huống nhất định. Chúng có thể giải quyết các động lực phức tạp, và cung cấp hiệu suất tốt hơn cho các ứng dụng cụ thể.

Các hệ thống điều khiển hiện đại không hiệu quả mà không có bộ điều khiển PID. Chúng là một thành phần quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp vì khả năng điều chỉnh chính xác và đáng tin cậy các biến quy trình. Các chuyên gia và những người đam mê tự động hóa phải hiểu các nguyên tắc PID và các ứng dụng của họ. Các bộ điều khiển PID rất cần thiết trong việc duy trì kiểm soát ổn định và hiệu quả các quá trình đa dạng như những tiến bộ công nghệ.