I. JOHDANTO
Teollisuusautomaation ohjausjärjestelmissä PID-säätimet ja kytkentäsäätimet ovat kaksi yleistä ohjausstrategiaa. Niillä jokaisella on ainutlaatuiset toimintaperiaatteet, sovellusskenaariot, edut ja haitat. Tämän artikkelin tarkoituksena on käsitellä yksityiskohtaisesti PID-säätimien ja kytkinsäätimien välisiä eroja sekä verrata ja analysoida niitä niiden toimintaperiaatteiden, sovellusskenaarioiden, suorituskykyominaisuuksien ja muiden näkökohtien suhteen, jotta lukijat voivat ymmärtää nämä kaksi ohjausstrategiaa paremmin ja tehdä järkevämpiä valintoja käytännön sovelluksissa.
II. PID-säätimen toimintaperiaate ja ominaisuudet
Toimintaperiaate
PID-säädin (Proportional-Integral-Divative Controller) on poikkeamiin- perustuva takaisinkytkentäohjausalgoritmi, joka koostuu suhteellisesta (P), integraalista (I) ja differentiaalista (D) kolmesta ohjaustermistä. Se mittaa ohjattavan kohteen lähtöarvon ja halutun arvon (eli poikkeaman) välisen eron ja käsittelee sitten poikkeaman suhteellisten, integraalisten ja differentiaalisten ohjaustermien mukaisesti saadakseen säätimen lähdön. PID-säätimen toimintaperiaate perustuu virheen takaisinkytkentäsäätelyyn, ja järjestelmän ulostuloa lähennetään asteittain aseteltuun arvoon säätämällä jatkuvasti säätömäärää.
Ominaisuudet
(1) Tarkka{1}}ohjaus:PID-säädin voi säätää tarkasti säätömäärää järjestelmän poikkeaman mukaan saavuttaakseen korkean-tarkkuuden. Optimoimalla PID-säätimen parametrit (suhteellinen kerroin Kp, integraalikerroin Ki ja differentiaalikerroin Kd) järjestelmän ohjaustarkkuutta voidaan edelleen parantaa.
(2) Nopea vastaus:PID-säätimen differentiaalisäätötermi pystyy ennustamaan järjestelmän poikkeaman trendin ja säätämään säätösuureen etukäteen, mikä nopeuttaa järjestelmän vastetta. Tämä tekee PID-säätimestä ulkoisten häiriöiden tai parametrien muutosten edessä nopeasti palauttaa vakaan tilan.
(3) hyvä vakaus:PID-säätimen integroitu ohjaustermi voi asteittain vähentää vakaan tilan virhettä niin, että järjestelmän lähtö stabiloituu lähelle asetettua arvoa. Tämä tekee PID-säätimestä hyvän vakauden, joka sopii järjestelmän pitkäaikaiseen vakaaseen toimintaan.
III. Kytkentäohjaimen toimintaperiaate ja ominaisuudet
Toimintaperiaate
Ohjaimen vaihto on kynnys{0}}pohjainen ohjausstrategia, jonka ulostulossa on vain kaksi tilaa "on" ja "off". Kun ohjattavan kohteen lähtöarvo ylittää tai laskee asetetun kynnyksen alle, kytkentäohjain vaihtaa lähtötilan. Lämmitysohjausta varten, kun lämpötila on alhaisempi kuin asetettu arvo, kun lähtö on "päällä", lämmityslaite aloittaa toiminnan; kun lämpötila on korkeampi kuin asetettu arvo, kun lähtö on "pois päältä", lämmityslaite lakkaa toimimasta. Kytkinohjaimen toimintaperiaate on yksinkertainen ja intuitiivinen, ja se sopii joihinkin tilanteisiin, jotka eivät vaadi suurta ohjaustarkkuutta.
Ominaisuudet
(1) Yksinkertainen ja käytännöllinen:kytkinohjaimen rakenne on yksinkertainen, helppo toteuttaa ja se voidaan helposti upottaa useisiin ohjausjärjestelmiin. Sen toimintaperiaate on intuitiivinen ja helppo ymmärtää ilman monimutkaista laskenta- ja säätöprosessia.
(2) Alhaiset kustannukset:kytkinohjaimen yksinkertaisen rakenteen vuoksi valmistuskustannukset ovat suhteellisen alhaiset. Tämä tekee kytkinohjaimesta erittäin kilpailukykyisen-kustannusherkissä tilanteissa.
(3) Soveltuu suuriin hitausjärjestelmiin:kytkinohjaimet sopivat joihinkin järjestelmiin, joissa on suuri inertia, kuten suuriin lämmitysuuneihin ja jäähdytyslaitteisiin. Näissä järjestelmissä järjestelmän hitaasta vastenopeudesta johtuen kytkentäohjain voi asteittain säätää järjestelmän lähtöä vaihtamalla jatkuvasti lähtötilaa vakaamman ohjausvaikutuksen saavuttamiseksi.
IV. Ero PID-säätimen ja kytkentäsäätimen välillä
Ohjauksen tarkkuus
PID-säätimellä on korkea ohjaustarkkuus, se voi toteuttaa järjestelmän lähdön tarkan ohjauksen. Kytkinohjaimen ohjaustarkkuus on suhteellisen alhainen, ja sillä voidaan saavuttaa vain karkea ohjausvaikutus. Joissakin tapauksissa, joissa vaaditaan suurta säätötarkkuutta, kuten lämpötilan säätö, paineensäätö jne., PID-säätimillä on ilmeisiä etuja.
Vastausnopeus
PID-säätimen differentiaalisäätötermi voi ennustaa järjestelmän poikkeaman trendin ja säätää säätösuuretta etukäteen, mikä kiihdyttää järjestelmän vastenopeutta. Kytkentäohjaimen vastenopeus on hitaampi, ja se voi vain asteittain säätää järjestelmän lähtöä jatkuvasti vaihtamalla lähtötilaa. Joissakin tapauksissa, jotka vaativat nopeaa reagointia, kuten robotin ohjaus, moottorin ohjaus jne., PID-säädin on edullisempi.
Vakaus
PID-säätimen integroitu ohjaustermi voi asteittain vähentää vakaan tilan virhettä niin, että järjestelmän lähtö stabiloituu lähelle asetettua arvoa. Tämä tekee PID-säätimestä paremman vakauden, joka sopii järjestelmän pitkäaikaisen vakaan toiminnan tarpeeseen. Kytkentäohjaimet ovat suhteellisen huonosti stabiileja, ja niihin vaikuttavat helposti ulkoiset häiriöt ja parametrien muutokset.
Sovellusskenaariot
PID-säätimet soveltuvat sovelluksiin, jotka vaativat suurta säätötarkkuutta ja vakautta, kuten lämpötilan säätö, paineensäätö, virtauksen säätö jne. Kytkentäsäätimet sen sijaan sopivat paremmin sovelluksiin, jotka vaativat suurta säätötarkkuutta ja vakautta. Kytkentäohjain sopii paremmin joihinkin ohjaustarkkuusvaatimukset eivät ole korkeat, järjestelmän inertia on suuria otteita, kuten suuria-lämmitysuunia, jäähdytyslaitteita ja niin edelleen.
V. Johtopäätös
PID-säätimet ja kytkinohjaimet ovat kaksi yleistä ohjausstrategiaa, joilla kummallakin on ainutlaatuinen toimintaperiaate, sovellusskenaariot sekä edut ja haitat. Käytännön sovelluksissa sopiva ohjausstrategia tulisi valita järjestelmän erityistarpeiden ja ominaisuuksien mukaan. Järjestelmälle, joka vaatii suurta tarkkuutta, nopeaa vastetta ja vakaata ohjausta, PID-säädin on parempi valinta; kun taas joissakin tilanteissa, jotka eivät vaadi suurta ohjaustarkkuutta ja suurta järjestelmän hitautta, kytkinohjain on edullisempi.