PID krmilnik je široko uporabljen krmilnik na področju industrijskega nadzora, njegovo polno ime je sorazmerno-integralno-derivacijski krmilnik (proporcionalno-integralno-derivacijski krmilnik). To je linearni krmilnik s proporcionalnim (P), integralom (I) in diferencialnimi (d) tremi parametri prilagoditve, da dosežemo natančen nadzor nad sistemskim izhodom.
Najprej osnovno načelo PID krmilnika
Proporcionalni nadzor (p nadzor)
Proporcionalna kontrola je najosnovnejša metoda nadzora v PID krmilniku. Njegova temeljna ideja je primerjati odstopanje med izhodno vrednostjo sistema in želeno vrednostjo ter nato prilagoditi krmilni znesek glede na velikost odstopanja. Formula za proporcionalni nadzor je:
u (t)=kp * e (t)
Kadar u (t) označuje kontrolno količino, KP označuje koeficient sorazmernosti in E (t) označuje odstopanje.
Prednost proporcionalnega nadzora je hiter odziv, vendar je pomanjkljivost obstoj napake v stanju dinamičnega ravnovesja, tj. Ko sistem doseže stacionarno stanje, še vedno obstaja nekaj odstopanja med izhodno vrednostjo in želeno vrednostjo.
Integralni nadzor (I Control)
Uveden je bil integralni nadzor, da se odpravi napako v stanju dinamičnega ravnovesja v sorazmernem nadzoru. Njegova temeljna ideja je vključiti nakopijeno vrednost odstopanja skozi čas in nato prilagoditi krmilno količino glede na integralno vrednost. Formula za integralni nadzor je:
u (t)=u (t -1) + ki * ∫e (t) dt
kjer KI označuje integralni koeficient in ∫e (t) dt označuje celostno vrednost odstopanja.
Prednost integralnega nadzora je, da odpravlja napako v stanju dinamičnega ravnovesja, vendar je pomanjkljivost, da lahko v sistemu povzroči pretirane in nihanja.
Diferencialni nadzor (D nadzor)
Za izboljšanje stabilnosti in hitrosti odziva sistema je bil uveden diferencialni nadzor. Njegova temeljna ideja je napovedati trend odstopanja in nato prilagoditi kontrolno količino glede na trend. Formula za diferencialni nadzor je:
u (t)=u (t -1) + kd * de (t)/dt
kjer KD označuje diferenčni koeficient in de (t)/dt označuje hitrost spremembe odstopanja.
Prednost diferencialnega nadzora je, da lahko izboljša hitrost stabilnosti in odziva sistema, vendar je pomanjkljivost, da je občutljiv na hrup in lahko privede do nihanj v krmilni količini.
Drugič, metoda oblikovanja PID krmilnika
Določite nadzor nadzora
Preden oblikujete krmilnik PID, morate najprej določiti nadzor nadzora, to je, kakšno stanje želite doseči sistemski izhod. Cilj nadzora je lahko napaka v stanju dinamičnega ravnovesja, nadstropje, čas vzpona itd.
Vzpostavite matematični model
Po delovnem načelu dejanskega sistema vzpostavite matematični model. Matematični model je lahko linearni ali nelinearni. Za linearne sisteme se lahko za modeliranje uporabijo prenosne funkcije, državne prostore in druge metode; Za nelinearne sisteme lahko za modeliranje uporabimo nevronske mreže, mehko nadzor in druge metode.
Določite parametre PID
Glede na nadzorni cilj in matematični model določite proporcionalni koeficient KP, integralni koeficient KI in diferencialni koeficient KD regulatorja PID. Pogosto uporabljene metode nastavitve parametrov so:
(1) Empirična metoda: Glede na izkušnje izberite ustrezen proporcionalni koeficient, integralni koeficient in diferenčni koeficient.
(2) Metoda preskušanja in napak: z nenehnim prilagajanjem parametrov PID in opazovanjem odziva sistema, dokler ne dosežemo zadovoljivega nadzora.
(3) Metoda optimizacije: uporabite algoritme optimizacije (kot so genetski algoritem, algoritem roja delcev itd.) Za optimizacijo parametrov PID za dosego najboljšega kontrolnega učinka.
Preverjanje simulacije
Po določitvi parametrov PID je treba izvesti preverjanje simulacije. Preverjanje simulacije je mogoče izvesti s pomočjo programske opreme, kot so MATLAB, Simulink itd. S preverjanjem simulacije lahko preverite delovanje PID regulatorja in preverite, ali ustreza ciljem nadzora.
Praktična uporaba
Po opravljenem preverjanju simulacije se za dejanski sistem uporablja krmilnik PID. V postopku praktične uporabe bo morda treba parametre PID natančno prilagoditi, da se prilagodi spremembam dejanskih delovnih pogojev.
Tretjič, uporaba krmilnika PID
PID krmilnik se na področju industrijskega nadzora pogosto uporablja zaradi svojih preprostih, praktičnih, enostavnih za izvedbo in drugih značilnosti. Pogosta območja uporabe vključujejo:
Nadzor temperature: kot so kotli, klimatske naprave, kemični reaktorji.
Nadzor pretoka: kot so vodne črpalke, kompresorji, prevoz cevovodov.
Nadzor tlaka: kot so hidravlični sistemi, pnevmatski sistemi itd.
Nadzor hitrosti: kot so motorji, tekoči trakovi itd.
Nadzor položaja: na primer roboti, žerjavi itd.
Kemična reakcijska kontrola: kot so kemični reaktorji, fermentacijski rezervoarji.
Četrtič, prednosti in slabosti krmilnika PID
Prednosti
(1) Preprosta struktura: PID regulator je sestavljen iz sorazmernih, integralnih, diferencialnih treh delov, preproste strukture, enostavne za razumevanje in uresničitev.
(2) Preprosto prilagoditev parametrov: parametri krmilnika PID (KP, KI, KD) je mogoče prilagoditi glede na nadzor nad nadzorom, ima dobro prilagodljivost.
(3) Široka paleta uporabe: PID krmilniki so uporabni za različne linearne in nelinearne sisteme, z dobro univerzalnostjo.
(4) Nizki stroški realizacije: PID krmilnik ima nizke stroške realizacije in ga je mogoče uporabiti za različne sisteme industrijskega nadzora.
Slabosti
(1) občutljiv na hrup: Diferencialni nadzor je občutljiv na hrup, kar lahko privede do nihanj v volumnu krmiljenja.
(2) Težavnost pri nastavitvi parametrov: Za zapletene sisteme je lahko prilagoditev parametrov PID težko, kar zahteva veliko testov in prilagoditev.
(3) Nezmožnost obravnave nelinearnih sistemov: za nelinearne sisteme se zmogljivost PID krmilnikov ne more ukvarjati z nelinearnimi sistemi.