En differentiell proportionell-integral styrenhet är en enhet som installeras i automatiserade system för att bibehålla en given parameter som kan ändras.
Vid första anblicken är allt förvirrande, men PID-kontroll kan också förklaras för dummies, d.v.s. personer som inte är riktigt bekanta med elektroniska system och enheter.
Innehåll
Vad är en PID-regulator?
PID-regulator är en enhet inbyggd i reglerslingan med obligatorisk återkoppling. Den är utformad för att bibehålla inställda nivåer av börvärden, såsom lufttemperatur.
Enheten levererar en styr- eller utsignal till styranordningen, baserat på data som tas emot från sensorerna eller sensorerna. Styrenheter har hög noggrannhet i transienta processer och kvaliteten på uppgiften.
Tre koefficienter för PID-regulatorn och funktionsprincipen
PID-regulatorns uppgift är att tillhandahålla en utsignal med mängden effekt som krävs för att hålla den styrda variabeln på en given nivå. För att beräkna indikatorn används en komplex matematisk formel, som inkluderar 3 koefficienter - proportionell, integral, differential.
Låt oss ta som ett föremål för reglering en behållare med vatten, i vilken det är nödvändigt att hålla temperaturen på en given nivå genom att justera graden av öppning av ventilen med ånga.
Den proportionella komponenten visas i ögonblicket av oenighet med indata. Med enkla ord låter det så här - skillnaden mellan den faktiska temperaturen och den önskade temperaturen tas, multiplicerad med en justerbar koefficient och en utsignal erhålls, som ska appliceras på ventilen. De där. så snart graderna faller, startar uppvärmningsprocessen, de stiger över det önskade märket - det stängs av eller till och med kyls ner.
Sedan kommer den integrerade komponenten, som är utformad för att kompensera för miljöpåverkan eller andra störande påverkan på att hålla vår temperatur på en given nivå. Eftersom det alltid finns ytterligare faktorer som påverkar enheterna som styrs, ändras siffran redan när data tas emot för att beräkna den proportionella komponenten. Och ju större extern påverkan är, desto starkare uppstår fluktuationerna i indikatorn. Strömstötar uppstår.
Integralkomponenten försöker, baserat på tidigare temperaturvärden, att returnera sitt värde om det har ändrats. Processen beskrivs mer i detalj i videon nedan.
Och sedan appliceras utsignalen från regulatorn, enligt koefficienten, för att öka eller minska temperaturen. Med tiden väljs värdet som kompenserar för yttre faktorer, och hoppen försvinner.
Integralen används för att eliminera fel genom att beräkna det statiska felet. Det viktigaste i den här processen är att välja rätt koefficient, annars kommer felet (felöverensstämmelse) också att påverka den integrerade komponenten.
Den tredje komponenten i PID är differentiatorn. Den är utformad för att kompensera för påverkan av förseningar som uppstår mellan påverkan på systemet och återkopplingen. Den proportionella styrenheten levererar ström tills temperaturen når önskad nivå, men när information passerar till enheten, speciellt vid stora värden, uppstår alltid fel. Detta kan leda till överhettning. Differentialen förutsäger avvikelser orsakade av förseningar eller miljöpåverkan och minskar den tillförda effekten i förväg.
PID-kontrollinställning
PID-regulatorinställning utförs med två metoder:
- Syntes innebär beräkning av parametrar baserade på systemets modell. Denna inställning är korrekt, men kräver djup kunskap om teorin om automatisk kontroll. Det är endast föremål för ingenjörer och vetenskapsmän. Eftersom det är nödvändigt att ta bort förbrukningsegenskaperna och göra en massa beräkningar.
- Den manuella metoden är baserad på trial and error. För att göra detta tas data från ett redan färdigt system som grund, vissa justeringar görs av en eller flera koefficienter för regulatorn. Efter att ha slagits på och observerat det slutliga resultatet ändras parametrarna i rätt riktning. Och så vidare tills önskad prestationsnivå uppnås.
Den teoretiska metoden för analys och inställning används sällan i praktiken, vilket beror på okunskap om styrobjektets egenskaper och en massa möjliga störande influenser. Experimentella metoder baserade på övervakning av systemet är vanligare.
Moderna automatiserade processer implementeras som specialiserade moduler under kontroll av program för justering av regulatorns koefficienter.
Syftet med PID-regulatorn
PID-regulatorn är utformad för att bibehålla ett visst värde på den nivå som krävs - temperatur, tryck, nivå i en tank, flöde i en rörledning, koncentration av något, etc., genom att ändra styrverkan på ställdon, såsom automatiska reglerventiler, med hjälp av en proportionell, integrerande, differentierande kvantitet för dess inställning.
Syftet med användningen är att erhålla en korrekt styrsignal som kan styra stora industrier och till och med kraftverksreaktorer.
Exempel på temperaturkontroll
Ofta används PID-regulatorer för att kontrollera temperaturen, låt oss ta ett enkelt exempel på att värma vatten i en tank och överväga denna automatiska process.
En vätska hälls i behållaren, som måste värmas till önskad temperatur och hållas på en given nivå. En temperatursensor är installerad inuti tanken - termoelement eller motståndstermometer och är direkt ansluten till PID-regulatorn.
För att värma vätskan kommer vi att tillföra ånga, som visas i figuren nedan, med en automatisk reglerventil. Själva ventilen får en signal från regulatorn.Operatören anger temperaturbörvärdet i PID-regulatorn, vilket måste bibehållas i tanken.
Om regulatorkoefficienterna inte är korrekt inställda kommer vattentemperaturhopp att inträffa, med ventilen antingen helt öppen eller helt stängd. I detta fall är det nödvändigt att beräkna PID-regulatorns koefficienter och ange dem igen. Om allt görs korrekt kommer systemet efter en kort tidsperiod att jämna ut processen och temperaturen i tanken kommer att hållas på en given nivå, medan öppningsgraden för reglerventilen kommer att vara i mittläget.
Liknande artiklar:
