Ensinnäkin johdanto
Nykyaikaisessa teollisuusautomaatiohallintajärjestelmässä PID (suhteellisen integroiva differenssi) -ohjain on epäilemättä yksi yleisimmistä ja tärkeimmistä ohjausalgoritmeista.PID-ohjaimia käytetään laajasti useissa teollisuusohjaustiloissa, kuten lämpötilanhallinta, paineenhallinta, virtaus, virtaus Hallitse ja niin edelleen sen yksinkertaisten, käytännöllisten ja vankkajen ominaisuuksien vuoksi. Tässä artikkelissa kuvataan yksityiskohtaisesti PID -ohjaimen, työperiaatetta, roolia sekä käytännön sovellusten etuja ja haasteita.
Toiseksi PID -ohjaimen peruskäsite
PID-ohjain, joka tunnetaan nimellä suhteellisen integraalinen johdannaisohjain, on poikkeamapohjainen ohjausalgoritmi. Se johtaa ohjausmäärän järjestelmän poikkeaman suhteellisten, integraalien ja differentiaalioperaatioiden avulla ja hallitsee sitten hallittua objektia. PID -ohjaimen ydinidea on ennustaa tulevaa tilaa järjestelmän nykyisen tilan perusteella (ts. Poikkeama) ja Aikaisempi tila (eli poikkeaman integraali ja ero) ja säätävät ohjausmäärää vastaavasti, jotta järjestelmän lähtö on jäljittänyt asetetun arvon nopeasti ja tarkasti.
Kolmanneksi PID -ohjaimen toimintaperiaate
PID -ohjaimen toimintaperiaate voidaan tiivistää seuraavissa vaiheissa:
Suhteellinen ohjaus (P):Suhteellinen ohjaus on PID -ohjaimen perusta, joka säätää suoraan ohjauksen määrää järjestelmän poikkeaman koon mukaan. Mitä suurempi poikkeama, sitä enemmän, sitä enemmän ohjausmäärää säädetään; Mitä pienempi poikkeama, sitä vähemmän ohjausmäärä säädetään. Suhteellinen ohjaus voi reagoida nopeasti järjestelmän poikkeamiin, mutta tasainen tilavirhe on olemassa.
Integraal Control (I):Integroituohjaus otetaan käyttöön vakaan tilan virheen poistamiseksi. Se suorittaa integroidun operaation poikkeamasta saadakseen kiinteän termin verrannollinen poikkeaman kestoon ja lisää sen ohjausmäärään. Integraalivalvonta voi vähitellen vähentää vakaan tilan virhettä, mutta se voi myös johtaa hitaampaan järjestelmän vasteeseen tai kiinteään kylläisyyteen.
Differentiaalinen hallinta (d):Erotusohjaus otetaan käyttöön järjestelmän dynaamisen suorituskyvyn parantamiseksi. Se toimii erottamalla poikkeama differentiaalitermin saamiseksi, joka on verrannollinen poikkeaman muutosnopeuteen ja lisäämällä se ohjausmäärään. Differentiaaliohjaus voi ennustaa järjestelmän poikkeaman suuntauksen ja säätää ohjausmäärää etukäteen, mikä nopeuttaa järjestelmän vastetta ja vähentää ylityksen määrää.
PID -ohjaimen ohjausmäärä koostuu suhteellisista, kiinteistä ja differentiaalisista termeistä, ja sen matemaattinen ilmaisu on:
u (t)=kp * e (t) + ki * ∫e (t) dt + kd * de (t)/dt
Jos u (t) on kontrollimääräinen, KP on suhteellinen kertoimet, KI on kiinteäkerroin, KD on differentiaalikerroin ja E (t) on järjestelmän poikkeama.
Neljäs, PID -ohjaimen rooli
PID -ohjaimella on tärkeä rooli teollisuuden automaatiohallintajärjestelmässä, joka heijastuu pääasiassa seuraavissa näkökohdissa:
Paranna järjestelmän tarkkuutta:PID -ohjain järjestelmän poikkeaman kautta tarkan ohjauksen varalta, jotta järjestelmän lähtö voi nopeasti ja tarkasti seurata asetettua arvoa parantaen siten järjestelmän tarkkuutta.
Paranna järjestelmän dynaamista suorituskykyä:Käyttöönottamalla differentiaalista ohjausta PID -ohjain pystyy ennustamaan järjestelmän poikkeaman suuntauksen ja säätämään ohjausmäärää etukäteen, mikä nopeuttaa järjestelmän vasteen nopeutta ja vähentää ylityssummaa. Samanaikaisesti säätämällä suhteelliset, integraalit ja differentiaalikertoimet järjestelmän dynaaminen suorituskyky voidaan optimoida.
Poista vakaan tilan virhe:PID -ohjain voi vähitellen vähentää vakaan tilan virhettä ottamalla käyttöön integraalin ohjaus, jotta järjestelmän lähtö on stabiloitu lähellä asetettua arvoa.
Yksinkertaista järjestelmän suunnittelua:PID -ohjaimella on yksinkertainen rakenne, helppo toteuttaa ja se voidaan helposti upottaa erilaisiin ohjausjärjestelmiin. Samanaikaisesti PID -ohjaimella on voimakas kestävyys ja se voi sopeutua erilaisiin työympäristöihin ja kuormitusmuutoksiin.
Viidenneksi, PID -ohjaimen käytännön soveltaminen ja edut
PID -ohjaimella on laaja valikoima käytännöllisiä sovelluksia, mukaan lukien lämpötilanhallinta, paineenhallinta, virtauksen hallinta, nesteen tason hallinta ja niin edelleen. Näissä sovelluksissa PID-ohjaimet voivat lisätä järjestelmän tarkkuutta tehokkaasti, parantaa järjestelmän dynaamista suorituskykyä, poistaa vakaan tilan virheet ja yksinkertaistaa järjestelmän suunnittelua. Verrattuna muihin kontrollialgoritmeihin PID -ohjaimella on seuraavat edut:
Vahva yleisyys:PID -ohjainta voidaan soveltaa moniin lineaarisiin järjestelmiin ja joihinkin epälineaarisiin järjestelmiin ilman, että järjestelmämallin mallintamista on tarpeen.
Kätevä virheenkorjaus:PID -ohjaimen parametrit (suhteellinen kertoimet, integraalikerroin, differentiaalikerroin) voidaan virheenkorjausta ja optimoida kokeella tai simulaatiolla, ja virheenkorjausprosessi on yksinkertainen ja kätevä.
Vahva tukevuus:PID-ohjaimella on vahva häiriöiden vastainen kyky ja kestävyys, se voi sopeutua erilaisiin työympäristöihin ja kuormitusmuutoksiin.
Alhaiset kustannukset: PID -ohjaimen toteutuskustannukset ovat suhteellisen alhaiset, sitä voidaan käyttää laajasti useissa teollisuusautomaatiohallintajärjestelmissä.
Kuudenneksi PID -ohjaimen haasteet ja parannukset
Vaikka PID -ohjaimella on monia etuja ja sitä käytetään laajasti, käytännön sovelluksissa on joitain haasteita ja varaa parantaa. Esimerkiksi PID -ohjaimien parametrien säätäminen vaatii jonkin verran kokemusta ja taitoja, ja eri järjestelmät voivat vaatia erilaisia parametria -asetuksia; Samanaikaisesti PID-ohjaimien ohjausvaikutus epälineaarisiin ja aikaa vaihteleviin järjestelmiin voi olla vähemmän kuin ihanteellinen. Näiden haasteiden ratkaisemiseksi tutkijat ovat ehdottaneet monia parannettuja PID-ohjaimia, kuten sumeaa PID-ohjaimia, hermoverkon PID-ohjaimia jne., Jotka ovat paremmin sopeutuneita epälineaaristen ja aikamuuntaisten järjestelmien ohjaustarpeisiin.
Johtopäätös
Yksi teollisuuden automaatiohallintajärjestelmien tärkeimmistä ohjausalgoritmeista PID -ohjaimessa on laaja valikoima sovelluksia ja merkittäviä etuja. Ymmärtämällä PID -ohjaimen peruskonseptia, työperiaatetta ja mekanismia voimme paremmin hallita sen virheenkorjausmenetelmiä ja optimointistrategioita käytännön sovelluksissa. Samanaikaisesti meidän on kiinnitettävä huomiota myös PID -ohjaimen haasteisiin ja parannustilaan ja tutkia jatkuvasti uusia ohjausalgoritmeja ja teknisiä keinoja parantaakseen teollisen automaatiohallintajärjestelmän suorituskykyä ja luotettavuutta.