V industrijskem nadzornem sistemu je krmilnik pomembna naprava za uresničitev regulacije in krmiljenja nadzorovanega objekta. Med njimi je proporcionalni-integralni (PI) krmilnik pogosto uporabljen krmilnik, katerega vloga je obdelava signala napake prek proporcionalnih in integralnih povezav, da se realizira natančen nadzor krmiljenega objekta. Glede na različne načine povezovanja proporcionalnih in integralnih povezav lahko krmilnike PI razvrstimo v dve vrsti: regulatorje PI tipa serijske-tipe in krmilnike PI vzporednega-tipa. Ta članek bo primerjal in analiziral ti dve vrsti krmilnikov PI.
I. Serija PI krmilnik
Serijski krmilnik PI se nanaša na sorazmerni člen in integralni člen v seriji, kar pomeni, da signal napake najprej obdela proporcionalni člen in nato integralni člen.
Značilnosti krmilnika serije PI so:
1. Izhodi proporcionalnih in integralnih povezav se seštejejo kot izhod krmilnika. Zato je izhod serijskega PI regulatorja sorazmeren z velikostjo signala napake in obratno sorazmeren s hitrostjo spremembe signala napake.
2. Proporcionalno ojačenje in integralno ojačenje krmilnika serije PI je mogoče prilagoditi neodvisno, tako da ga je mogoče prilagoditi glede na dejanske potrebe.
3. Odzivna hitrost krmilnika PI serijskega tipa je hitrejša, vendar obstaja pojav prekoračitve. Ko je signal napake velik, se bo izhod krmilnika hitro povečal, kar bo povzročilo prehitro odzivno hitrost nadzorovanega objekta in celo pojav prekoračitve.
II. PI krmilnik vzporednega tipa
Vzporedni krmilnik PI se nanaša na sorazmerne in integralne povezave, ki so vzporedno povezane skupaj, kar pomeni, da signal napake hkrati obdelujejo proporcionalne in integralne povezave.
Za krmilnik PI vzporednega tipa je značilno:
1. Izhodi proporcionalnih in integralnih povezav se seštejejo kot izhod krmilnika. Zato je izhod vzporednega PI regulatorja sorazmeren z velikostjo signala napake in obratno sorazmeren s hitrostjo spreminjanja signala napake.
2. Proporcionalno ojačenje in integralno ojačenje vzporednega PI krmilnika je mogoče prilagoditi neodvisno, tako da ga je mogoče prilagoditi glede na dejanske potrebe.
3. Odzivna hitrost krmilnika PI vzporednega tipa je počasna, vendar ni pojava prekoračitve. Ker proporcionalni in integralni člen delujeta na signal napake hkrati, se izhod krmilnika ne bo hitro povečal, s čimer se prepreči pojav prehitre odzivne hitrosti in pojava prekoračitve krmiljenega objekta.
III. Primerjava serijskega-krmilnika PI in vzporednega-krmilnika PI
1. Odzivna hitrost:odzivna hitrost serijskega-tipa PI krmilnika je hitrejša, medtem ko je odzivna hitrost vzporednega-tipa PI krmilnika počasnejša. To je zato, ker so proporcionalni in integralni členi serijskega PI regulatorja povezani serijsko in je čas obdelave signala napake krajši; medtem ko so proporcionalni in integralni členi vzporednega PI regulatorja povezani vzporedno, čas obdelave signala napake pa je daljši.
2. Pojav prekoračitve:Serijski PI regulator ima pojav prekoračitve, medtem ko vzporedni PI regulator nima pojava prekoračitve. To je zato, ker ko je sorazmerno ojačenje serijskega krmilnika PI veliko, bo to vodilo do hitrega povečanja izhodne moči krmilnika, kar bo povzročilo prehitro odzivno hitrost krmiljenega objekta in pojavi se pojav prekoračitve; in ko je sorazmerno ojačenje vzporednega krmilnika PI majhno, se lahko izogne tej situaciji.
3. Stabilnost:stabilnost krmilnika PI serijskega-tipa je slaba, stabilnost krmilnika PI vzporednega tipa pa je boljša. To je zato, ker sta proporcionalno ojačenje in integralno ojačenje serijskega-krmilnika PI neodvisna, ko je proporcionalno ojačenje preveliko ali integralno ojačenje premajhno, lahko povzroči nestabilnost sistema; in vzporedni PI krmilnik, sorazmerno ojačenje in integralno ojačenje sta medsebojna vplivanja, lahko bolje zagotovita stabilnost sistema.
4. Prilagoditev parametrov:Proporcionalno ojačenje in integralno ojačenje serijskega regulatorja PI je mogoče prilagoditi neodvisno, medtem ko je mogoče proporcionalno ojačenje in integralno ojačenje vzporednega regulatorja PI nastaviti neodvisno. Vendar pa je zaradi obstoja pojava prekoračitve v serijskem krmilniku PI treba omejiti sorazmerno povečanje v praktični uporabi; medtem ko vzporedni krmilnik PI nima pojava prekoračitve, zato je lahko bolj prilagodljiv za prilagajanje proporcionalnega ojačenja in integralnega ojačenja.
Če povzamemo, serijski krmilnik PI in vzporedni krmilnik PI imata svoje prednosti in slabosti. V praktičnih aplikacijah je treba ustrezno vrsto izbrati glede na značilnosti nadzorovanega predmeta in zahteve glede nadzora. Če potrebujete hiter odziv in veliko natančnost krmiljenja, lahko izberete krmilnik serije PI; če potrebujete stabilno delovanje krmiljenja in majhno prekoračitev, lahko izberete vzporedni krmilnik PI. Poleg tega je mogoče krmiljenje še izboljšati z razumno prilagoditvijo parametrov in optimizirano zasnovo.