PID Denetleyicisini Anlamak

PID kontrol teorisinin ilk başarılı değerlendirmesi, 1920'li yıllarda, gemiler için otomatik yönlendirme sistemleri alanında pratik olarak doğrulandı. Bundan sonra, optimize edilmiş ve doğru üretim çıktı spesifikasyonları gerektiren çeşitli endüstriyel otomatik proses kontrollerinde uygulandı. Üretim birimleri için PID, hassas pnömatik kontrol elde etmek için popüler bir şekilde uygulandı ve nihayetinde PID teorisi, modern zamanlarda elektronik kontrolörlere uygulandı.

PID Denetleyicisi nedir

PID terimi, çeşitli endüstriyel kontrol makinelerini ve kritik ve otomatikleştirilmiş modülasyon kontrolleri gerektiren diğer birçok benzer uygulamayı doğru bir şekilde kontrol etmek için tasarlanmış bir geri besleme döngüsü mekanizması olan orantılı integral türev kontrolörün kısaltmasıdır.

Bunu uygulamak için, bir PID kontrolörü sürekli olarak sistem çalışmasını izler ve indüklenen hata elemanını hesaplar. Daha sonra bu anlık hata değerini, gerekli ayar noktası (SP) ile ölçülen işlem değişkeni (PV) arasındaki fark şeklinde değerlendirir.

Yukarıdakilere referansla, orantılı (P), integral (I) ve türev (D) ifadeleri ve dolayısıyla PID kontrolörü adı açısından anlık ve otomatik bir geri besleme düzeltmesi yürütülür.

Basit bir deyişle, bir PID kontrolörü, belirli bir makine sisteminin çalışmasını sürekli olarak izler ve belirli bir algoritma aracılığıyla, dış etkilerin neden olduğu değişikliklere bağlı olarak çıkış yanıtını düzeltmeye devam eder. Böylece makinenin her zaman öngörülen ideal koşullarda çalışmasını sağlar.

PID Blok Şemasını Anlamak

Bir PID kontrolörü, 3 kontrol parametresini algılama ve yönetme kabiliyeti nedeniyle çok yönlü bir kontrol sistemi olarak kabul edilir: orantılı, integral ve türev ve bu 3 parametreye referansla çıkış üzerinde amaçlanan optimum kontrolü aşırı doğrulukla uygulama.

Aşağıdaki resim PID'nin blok şemasını göstermektedir. Bu blok diyagrama bakarak bir PID'nin temel çalışma prensibini hızlı bir şekilde anlayabiliriz.

resim izniyle: en.wikipedia.org/wiki/File:PID_en.svg

Burada, hata değerine karşılık gelen e (t), hedeflenen ayar noktasına karşılık gelen r (t) ve ölçülen işlem değişkeni olarak y (t) gibi bir dizi değişkeni görebiliriz. PID kontrolörü, çalışması boyunca, amaçlanan ayar noktası r (t) veya SP ile ölçülen proses değeri y (t) veya PV arasındaki farkı değerlendirerek e (t) hata değerini izler ve sonuç olarak parametreleri kullanarak bir geri besleme düzeltmesi veya optimizasyonu gerçekleştirir. yani: orantılı, integral ve türev.

Kontrolör, kontrol değişkenini u (t) kontrol terimlerinin analiz edilen ağırlıklı toplamına (p, I, d) dayalı olarak yeni değerlere ayarlayarak baştan sona hata etkisini azaltmak için çaba göstermeye devam eder.

Örneğin, bir valf kontrolünün çalışmasında, açılması ve kapanması, yukarıda açıklandığı gibi karmaşık değerlendirmeler yoluyla bir PID ile sürekli olarak değiştirilebilir.

Gösterilen sistemde çeşitli terimler aşağıda açıklandığı gibi anlaşılabilir:

P- Denetleyici:

P terimi, SP - PV için sonucun değerlendirilmesiyle elde edilen anlık hata değerleri e (t) ile orantılıdır. Hata değerinin yükselme eğiliminde olduğu durumda, kontrol çıkışı da kazanç faktörü “K” ile orantılı olarak büyür. Bununla birlikte, sıcaklık kontrolünde olduğu gibi telafi gerektiren bir işlemde, orantılı kontrol tek başına ayar noktası ve gerçek işlem değeri arasında yanlışlıklara yol açabilir, çünkü orantılı yanıtı oluşturmak için bir hata geri beslemesi olmadan tatmin edici bir şekilde çalışamaz. Hata geri bildirimi olmadan uygun düzeltici yanıtın mümkün olamayabileceğini ifade eder.

I- Kontrolör:

I terimi, SP - PV hatalarının önceden değerlendirilmiş değerlerinden sorumlu olur ve I terimini oluşturmak için işletim süresi boyunca bunları entegre eder.Örneğin, SP - PV bir miktar hata üretirse orantılı kontrol uygulanırken, parametre I aktif hale gelir ve bu artık hatayı sonlandırmaya çalışır. Bu aslında daha önce kaydedilen hatanın kümülatif değeri nedeniyle tetiklenen bir kontrol yanıtıyla gerçekleşir. Bu olur olmaz, I terimi daha da geliştirmeyi bırakır. Bu, orantısal etkinin, hata faktörü ortadan kalktıkça uygun şekilde en aza indirilmesine neden olur, ancak bu, integral etki geliştikçe telafi edilir.

D- Denetleyici:

D terimi, hata faktörünün anlık değişim oranına bağlı olarak, SP - PV hatası için gelişen eğilimler için çıkarsanan en uygun yaklaşımdır. Bu değişim hızı hızla artarsa, geribildirim kontrolü daha agresif bir şekilde uygular ve bunun tersi de geçerlidir.

PID Ayarı nedir

Yukarıda tartışılan parametreler, optimum kontrol işlevini sağlamak için doğru dengeleme gerektirebilir ve bu, 'döngü ayarlama' adı verilen bir işlemle gerçekleştirilir. İlgili ayarlama sabitleri, aşağıdaki kesintilerde gösterildiği gibi 'K' olarak belirtilir. Bu sabitlerin her biri, seçilen bir uygulama için ayrı ayrı türetilmelidir, çünkü sabitler, döngüde yer alan belirli harici parametrelerin özelliklerine ve etkilerine kesinlikle bağlıdır ve değişiklik gösterir. Bunlar, belirli bir parametrenin ölçülmesi için kullanılan sensörlerin tepkisini, bir kontrol vanası gibi son kısma elemanını, döngü sinyalinde olası bir zaman aşımını ve işlemin kendisini vb. İçerebilir.

Uygulamanın türüne bağlı olarak uygulamanın başlangıcında sabitler için yaklaşık değerlerin kullanılması kabul edilebilir, ancak bu sonuçta, ayar noktalarında değişiklikleri zorlayarak ve daha sonra da yanıtını gözlemleyerek pratik deneyler yoluyla bazı ciddi ince ayar ve ince ayar gerektirebilir. sistem kontrolü.

İster matematiksel bir model ister pratik döngüde, her ikisi de belirtilen terimler için 'doğrudan' bir kontrol eylemi uygulayarak görülebilir. Yani, pozitif bir hatada bir artış tespit edildiğinde, toplanan ilgili terimler için durumu kontrol etmek için buna karşılık olarak artan bir pozitif kontrol başlatılır.

Bununla birlikte, çıkış parametresinin ters düzeltici bir önlem gerektiren zıt olarak yapılandırılmış bir karakteristiğe sahip olabileceği uygulamalarda bunun tersine çevrilmesi gerekebilir. Valf açma işleminin% 100 ve% 0 çıktı kullanarak çalışacak şekilde belirlendiği, ancak karşılık gelen% 0 ve% 100 çıktıyla kontrol edilmesi gereken bir akış döngüsü örneğini ele alalım, bu durumda bir ters düzeltici kontrol gerekli hale gelir. Daha kesin olmak gerekirse, bir sinyal kaybı sırasında vanasının% 100 açık olması gereken bir koruma özelliğine sahip bir su soğutma sistemini düşünün. Bu durumda, kontrolör çıkışı, bir sinyal yokluğunda% 0 kontrole geçebilmelidir, böylece vana tam% 100 açılabilir, buna 'ters etkili' kontrol denir.

Kontrol Fonksiyonunun Matematiksel Modeli

Bu matematiksel modelde, tüm negatif olmayan sabitler Kp, Ki ve Kd sırasıyla orantılı, integral ve türev terimleri için katsayıları belirtir (bazı durumlarda bunlar aynı zamanda P, I ve D olarak da gösterilir).

PID Kontrol Terimlerini Özelleştirme

Yukarıdaki tartışmalardan, temelde PID kontrol sisteminin üç kontrol parametresi ile çalıştığını anladık, ancak bazı küçük uygulamalar bu terimlerin birkaçını veya hatta üç terimden tek bir terimi kullanmayı tercih edebilir.

Özelleştirme, kullanılmayan terimi sıfır ayarına çevirerek ve PI, PD terimlerinin çiftini veya P veya I gibi tek terimleri birleştirerek yapılır. Bunlar arasında, PI denetleyici yapılandırması daha yaygındır çünkü D terimi genellikle gürültüye yatkındır. Kesinlikle zorunlu olmadıkça çoğu durumda etkiler ve bu nedenle ortadan kaldırılır. Terim I, sistemin çıktıda amaçlanan optimum hedef değere ulaşmasını sağladığından normalde dahil edilmiştir.