Mga Views: 0 May-akda: Site Editor Nag-publish ng Oras: 2025-06-13 Pinagmulan: Site
Sa likod ng hindi mabilang na mga awtomatikong sistema na walang kamali -mali na nag -regulate ng temperatura, mapanatili ang tumpak na presyon, o humawak ng isang motor sa isang palaging bilis, ang isang matikas at malakas na algorithm ay tahimik sa trabaho. Madalas itong inilarawan bilang 'ang modernong pang -industriya na workhorse, ' gayon pa man marami na nakikinabang mula sa katumpakan nito ay hindi lubos na naiintindihan kung paano ito nagpapatakbo. Maraming mga awtomatikong proseso, kung naiwan na hindi mapigilan, ay magdurusa mula sa ligaw na kawalang -tatag, patuloy na pag -overshooting ng kanilang mga target, o pagpapakita ng tamad, hindi mahusay na mga tugon. Para sa mga hamong ito, ang manu -manong kontrol ay hindi lamang isang pagpipilian.
Ito ay kung saan ang proporsyonal-integral-derivative (PID control algorithm) ay pumapasok. Halos halos isang siglo, ito ay nanatiling pinaka-malawak na ginagamit at pinagkakatiwalaang algorithm para sa paglikha ng matatag, mahusay, at maaasahang awtomatikong mga sistema. Ang gabay na ito ay i -demystify ang mahalagang konsepto na ito. Masisira namin nang eksakto kung ano ang isang algorithm ng control ng PID, kung paano ang bawat isa sa tatlong pangunahing sangkap ay gumagana sa pagkakaisa, kung bakit napakahalaga para sa mga modernong aparato tulad ng a Variable frequency drive , at kung paano lapitan ang kritikal na sining ng pag -tune para sa pinakamainam na pagganap. Ang pag -unawa sa algorithm na ito ay susi sa pag -unlock ng isang mas mataas na antas ng control control.
Upang maunawaan ang algorithm ng control ng PID, dapat mo munang maunawaan ang pangunahing pag -andar nito: upang mapanatili ang isang nais na 'setpoint ' sa pamamagitan ng matalinong pamamahala ng output ng isang system. Ito ang pamantayang ginto para sa control ng closed-loop feedback.
Isipin na nais mong mapanatili ang temperatura ng isang tangke ng tubig sa eksaktong 70 ° C. Ang 70 ° C na ito ay ang iyong setpoint. Ang isang sensor ng temperatura sa tangke ay nagbibigay ng kasalukuyang temperatura, na kung saan ay ang variable na proseso. Ang algorithm ng control ng PID ay patuloy na kinakalkula ang isang halaga ng 'error ', na kung saan ay ang pagkakaiba lamang sa pagitan ng setpoint at ang variable na proseso (error = setpoint - variable na proseso).
Ang buong layunin ng algorithm ng control ng PID ay upang manipulahin ang isang control output (tulad ng isang elemento ng pag -init) sa isang paraan na ito ay nagtutulak ng error na ito sa zero nang mabilis at maayos hangga't maaari. Nakakamit ito sa pamamagitan ng isang bigat na kabuuan ng tatlong natatanging mga aksyon sa kontrol: proporsyonal, integral, at derivative. Ang algorithm ng control ng PID ay isang obra maestra ng dynamic na tugon.
Ang proporsyonal na termino ay ang pangunahing puwersa sa pagmamaneho ng algorithm ng control ng PID. Bumubuo ito ng isang control output na direktang proporsyonal sa laki ng kasalukuyang error.
Paano ito gumagana: Ang isang malaking error ay nagreresulta sa isang malaking pagkilos ng pagwawasto. Ang isang maliit na error ay nagreresulta sa isang maliit na pagkilos ng pagwawasto.
Analogy: Isipin ito tulad ng gas pedal sa iyong kotse. Ang karagdagang iyong kasalukuyang bilis ay nasa ibaba ng limitasyon ng bilis (ang setpoint), mas mahirap mong pindutin ang pedal. Ang proporsyonal na pagkilos na ito ay nagbibigay ng paunang, malakas na tugon sa tamang mga paglihis.
Gayunpaman, ang proporsyonal na kontrol lamang ay madalas na may limitasyon. Sa maraming mga system, maaabot nito ang isang punto kung saan ang pagkilos ng pagwawasto ay hindi sapat upang ganap na maalis ang error, na nagreresulta sa isang maliit ngunit patuloy na 'matatag na estado na error. ' Ito ay kung saan ang susunod na bahagi ng algorithm ng control ng PID ay nagiging mahalaga.
Ang integral na termino ay tumitingin sa kasaysayan ng error. Patuloy itong nagbubuod, o nagsasama, ang halaga ng error sa paglipas ng panahon.
Paano ito gumagana: Hangga't ang isang non-zero error ay nagpapatuloy, ang integral term ay patuloy na lumalaki, pagdaragdag ng higit pa at mas maraming lakas na lakas sa output. Ang pagkilos na ito ay partikular na idinisenyo upang maalis ang matatag na error sa estado na naiwan ng proporsyonal-lamang na magsusupil.
Analogy: Nagmamaneho ka ng paitaas, at ang proporsyonal na tugon ng iyong cruise control ay hindi sapat na sapat upang mapanatili ang limitasyon ng bilis. Ang kotse ay tumatakbo sa 2 mph sa ibaba ng setpoint. Ang integral na sangkap ng PID control algorithm ay napansin ang patuloy na error na ito sa loob ng ilang segundo, naipon ito, at sinabi sa makina na magdagdag lamang ng kaunti pa hanggang sa ang kotse ay tiyak sa limitasyon ng bilis at mananatili doon.
Tinitiyak ng integral na aksyon ang hindi kapani -paniwalang kawastuhan, ngunit kung ang pakinabang nito ay nakatakda nang mataas, maaari itong humantong sa pag -overshooting ng setting. Ang pagiging epektibo ng buong algorithm ng control ng PID ay nakasalalay sa pagbabalanse ng term na ito.
Ang termino ng derivative ay ang pinaka sopistikadong bahagi ng algorithm ng control ng PID. Hindi ito tumingin sa kasalukuyang error o nakaraang mga error; Sa halip, tinitingnan nito ang rate ng pagbabago ng error.
Paano ito gumagana: Ang termino ng derivative ay inaasahan ang hinaharap na pag -uugali ng error. Kung ang error ay malapit na sa zero nang napakabilis, ang termino ng derivative ay nalalapat ng isang pagpepreno o damping na puwersa sa output upang maiwasan ang sistema mula sa paglipad ng nakaraan.
Analogy: Habang ang iyong sasakyan ay mabilis na lumapit sa nais na bilis, hindi mo mapakali ang pag -alis ng pedal ng gas bago mo ito maabot upang matiyak ang isang maayos, malambot na landing na tama sa target. Iyon mismo ang ginagawa ng termino ng derivative. Pinapawi nito ang tugon, binabawasan ang overshoot, at nagpapabuti sa katatagan ng system.
Habang ang makapangyarihan, ang derivative control ay lubos na sensitibo sa pagsukat ng ingay mula sa mga sensor. Sa mga system na may feedback na 'jumpy ', maaari itong maging sanhi ng hindi wastong pag -uugali, na ang dahilan kung bakit ito ay tinanggal, na nagreresulta sa isang PI controller. Gayunpaman, para sa isang buong algorithm ng control ng PID, ang mahuhulaan na elemento na ito ay susi sa mataas na pagganap.
Ang pagpapatupad ng isang maayos na algorithm ng control ng PID ay hindi lamang isang ehersisyo sa akademiko; Nagbibigay ito ng nasasalat, masusukat na mga pakinabang na kritikal para sa modernong industriya. Ang isang maayos na naisakatuparan na algorithm ng control ng PID ay isang tagapagpalit ng laro.
Mataas na katumpakan: Ang pangunahing benepisyo ay ang kakayahang mabawasan ang agwat sa pagitan ng nais na punto at ang aktwal na variable na proseso, na humahantong sa pare -pareho ang kalidad ng produkto at maaasahang pagganap. Ginagawa ito ng PID control algorithm.
Pinahusay na katatagan: Ang isang mahusay na nakatutok na PID control algorithm ay nagbabago ng isang magulong, pag-oscillating na proseso sa isang maayos at matatag. Ginawa nito ang mga pagbabagu -bago na maaaring makapinsala sa mga kagamitan o pagkawasak ng mga produkto.
Pag-iingat ng enerhiya: Sa pamamagitan ng pag-iwas sa patuloy na over-correction at galit na galit na pagbibisikleta ng on/off control, tinitiyak ng PID control algorithm na ang mga motor, heaters, at balbula ay gumagamit lamang ng tumpak na dami ng enerhiya na kinakailangan. Ito ay humahantong sa mga makabuluhang pagbawas sa mga gastos sa pagpapatakbo.
Nabawasan ang pagsusuot at luha: Ang makinis, kinokontrol na mga pagsasaayos na ibinigay ng isang algorithm ng control ng PID ay malayo sa mga mekanikal na sangkap tulad ng mga balbula, bomba, at mga gearbox kaysa sa biglaang pagsisimula at paghinto. Ito ay direktang isinasalin sa isang mas mahabang kagamitan sa buhay at mas mababang mga gastos sa pagpapanatili.
Buong automation: Ang algorithm ng control ng PID ay epektibong awtomatiko ang mga kumplikadong gawain sa regulasyon, pinalalaya ang mga operator ng tao at pagkamit ng isang antas ng pagkakapare -pareho na imposible na magtiklop nang manu -mano.
Ang isa sa mga pinaka -karaniwang at makapangyarihang aplikasyon ng algorithm ng control ng PID ngayon ay nasa loob ng a VFD (variable frequency drive). Ang kumbinasyon na ito ay nagbago ng mga industriya mula sa HVAC hanggang sa paggamot sa tubig.
Ang isang VFD ay isang aparato na kumokontrol sa bilis ng isang motor ng AC sa pamamagitan ng pag -iiba ng dalas ng de -koryenteng kapangyarihan na ibinibigay nito. Sa pamamagitan ng kanyang sarili, ang isang VFD na tumatakbo sa 'open-loop ' mode ay nagpapadala lamang ng isang utos para sa isang tiyak na bilis.
Upang lumikha ng isang matalino, self-regulate system, ipinakilala namin ang isang feedback loop. Ang isang transducer-tulad ng isang sensor ng presyon, daloy ng metro, o pagsisiyasat ng temperatura-ay nagbibigay ng variable na proseso at nagpapadala ng isang signal ng feedback (karaniwang isang analog 4-20mA o 0-10VDC signal) pabalik sa VFD. Karamihan sa mga modernong yunit ng VFD ay may built-in na PID control algorithm. Ang panloob na function ng PID control ay nagiging utak ng operasyon, gamit ang feedback ng transducer upang awtomatikong ayusin ang bilis ng motor upang mapanatili ang punto.
Ilarawan natin sa isang karaniwang senaryo: isang sistema ng pump bomba na kailangang mapanatili ang isang palaging presyon ng tubig na 50 psi sa pagtutubero ng isang gusali.
Ang senaryo na walang PID: Ang bomba ay maaaring maging off o tumatakbo sa 100% na bilis. Ito ay magiging sanhi ng napakalaking presyon ng mga spike (martilyo ng tubig), nangangailangan ng isang malaking tangke ng presyon upang i -buffer ang system, at hindi kapani -paniwalang hindi epektibo.
Ang senaryo na may algorithm ng control ng PID sa VFD:
Setup: Ang isang presyon ng transducer ay naka -install sa linya ng tubig at wired sa analog input ng VFD. Ang nais na setting ng 50 psi ay na -program sa VFD.
Aksyon: May nagbubukas ng isang gripo, at ang presyon ay bumaba sa 45 psi. Ang transducer ay nagpapadala ng isang signal sa VFD na nagpapahiwatig ng pagbagsak.
Tugon: Ang panloob na algorithm ng kontrol ng VFD ay kinakalkula ang isang malaking error. Ang proporsyonal na termino ay agad na sumipa, na nagiging sanhi ng mabilis na pag -agaw ng VFD ang bilis ng motor. Ang integral na termino ay nagsisimula sa pag -iipon ng error upang matiyak na hindi ito tumira sa ibaba 50 psi.
Pag -stabilize: Habang mabilis na lumapit ang presyon sa 50 psi setting, ang derivative term ng algorithm ng control ng PID ay inaasahan ang pagdating at sinabi sa motor na mapawi, na pumipigil sa isang overshoot. Pagkatapos ay binabago ng VFD ang bilis ng motor na perpekto upang hawakan ang presyon na matatag sa eksaktong 50 psi, anuman ang kung gaano karaming mga gripo ang nakabukas. Ang paggamit ng PID control algorithm at VFD ay nag-aalis ng pangangailangan para sa kumplikadong mekanikal na presyon-regulate na mga balbula at nakakatipid ng napakalaking halaga ng enerhiya.
Ang synergy sa pagitan ng algorithm ng control ng PID at ang VFD ay hindi tumitigil doon. Ang pinakabagong takbo ay nagsasangkot ng isa pang layer ng pag -optimize. Kapag ang algorithm ng control ng PID ay nagpatatag ng bilis ng motor upang matugunan ang demand ng proseso, maaaring makuha ang isang advanced na 'aktibong control ng enerhiya '.
Ang pangalawang algorithm na ito ay may katalinuhan at dagdag na binabawasan ang boltahe na ibinibigay sa motor sa matatag na bilis na iyon. Patuloy itong sinusubaybayan ang mga parameter ng motor tulad ng slip at kasalukuyang upang mahanap ang ganap na minimum na boltahe na kinakailangan upang magbigay ng kinakailangang metalikang kuwintas. Sa pamamagitan ng pagbabawas ng magnetic flux sa motor core, ang pamamaraang ito ay maaaring mabawasan ang mga pagkalugi sa core ng motor at makamit ang isang karagdagang 2-10% sa pagtitipid ng enerhiya sa tuktok ng pagtitipid na ibinigay ng kontrol ng PID at ang VFD. Ito ay isang pangunahing halimbawa ng isang modernong algorithm ng control ng PID na nagtatrabaho sa konsyerto sa iba pang matalinong lohika.
Ang isang algorithm ng control ng PID ay kasing ganda ng pag -tune nito. Ang 'tuning ' ay ang proseso ng pagtatakda ng pinakamainam na mga halaga ng pakinabang para sa mga termino ng P, I, at D. Ang layunin ay upang makamit ang isang mabilis na tugon sa mga pagbabago na may kaunting overshoot at walang pag -oscillation. Ito ay maaaring ang pinaka -kritikal na aspeto ng pagpapatupad ng isang algorithm ng control ng PID.
Ang maling mga halaga ng pakinabang ay maaaring gumawa ng isang sistema na gumanap ng mas masahol kaysa sa walang kontrol.
| Hindi magandang kondisyon ng pag -tune | na nagreresulta sa pag -uugali ng system |
|---|---|
| Proporsyonal (p) makakuha ng masyadong mataas | Ang system ay nagiging agresibo at mag -oscillate ng ligaw sa paligid ng setting, hindi kailanman pag -aayos. |
| Ang integral (i) ay nakakakuha ng masyadong mataas | Ang system ay overshoot ang setpoint nang malaki at tatagal ng mahabang panahon upang manirahan. |
| Derivative (d) makakuha ng masyadong mataas | Ang system ay nagiging 'twitchy ' at hyper-sensitive sa anumang ingay ng sensor, na humahantong sa kawalang-tatag. |
Habang may mga tampok na auto-tuning sa maraming mga modernong controller, ang pag-unawa sa manu-manong proseso ng pag-tune ay isang napakahalagang kasanayan. Ang pamamaraan ng Ziegler-Nichols ay isang klasikong diskarte sa engineering sa paghahanap ng mahusay na mga panimulang halaga para sa iyong algorithm ng control ng PID.
Magsimula sa zero: Magsimula sa pamamagitan ng pagtatakda ng iyong integral (i) at derivative (d) makakuha ng mga halaga sa zero. Ito ay lumiliko ang magsusupil sa isang proporsyonal-lamang na magsusupil.
Dagdagan ang proporsyonal (p) makakuha: Sa pagpapatakbo ng system, dahan -dahang dagdagan ang pakinabang ng P. Tulad ng ginagawa mo, magsisimulang mag -oscillate ang system. Ipagpatuloy ang pagtaas ng P hanggang sa maabot ng system ang isang punto kung saan ito ay nag -oscillate sa isang matatag, matatag, at tuluy -tuloy na rate. Ang halaga ng p na ito ay tinatawag na 'Ultimate Gain ' (KU).
Sukatin ang panahon ng pag -oscillation: Habang ang sistema ay patuloy na nag -oscillating, sukatin ang oras na kinakailangan para sa isang kumpletong alon ng pag -oscillation (mula sa isang rurok hanggang sa susunod). Ang oras na ito ay ang 'panghuli panahon ' (tu).
Kalkulahin ang mga nadagdag: Ngayon, gamitin ang itinatag na mga formula ng Ziegler-Nichols upang makalkula ang iyong mga halaga ng panimulang makakuha. Para sa isang karaniwang algorithm ng control ng PID:
P makakuha = 0.6 * ku
Nakakakuha ako = 2 * p Gain / tu
D makakuha = p makakuha * tu / 8
Fine-Tune: Ang mga kinakalkula na halaga na ito ay isang mahusay na panimulang punto. Mula rito, gumawa ng maliit, pagdaragdag ng mga pagsasaayos sa P, I, at D Mga Tuntunin upang maperpekto ang tugon ng system para sa mga pangangailangan ng iyong tukoy na aplikasyon (halimbawa, mas mabilis na tugon kumpara sa mas kaunting overshoot). Ang prosesong ito ay susi sa pag -master ng algorithm ng control ng PID.
Ang isang positional PID control algorithm ay kinakalkula ang kumpleto, ganap na halaga ng output na kinakailangan sa bawat pag -ikot (hal. 'Itakda ang pampainit sa 75% na kapangyarihan '). Ang isang incremental PID control algorithm ay kinakalkula lamang ang pagbabago na kinakailangan mula sa nakaraang output (halimbawa, 'dagdagan ang lakas ng pampainit ng 2%'). Ang pagdaragdag ng diskarte ay maaaring maging mas ligtas sa ilang mga system, dahil pinipigilan nito ang malaki, biglang tumalon sa output kung ang controller ay maikling na -reset.
Sa mga proseso na may maraming pagsukat 'ingay ' - nangangahulugang ang feedback ng sensor ay nagbabago nang mabilis at hindi wasto - ang derivative term ay maaaring maling magpanggap ng ingay na ito bilang isang mabilis na pagbabago sa pagkakamali at maging sanhi ng output na maging hindi matatag. Sa mga karaniwang 'noisy ' na mga loop, pamantayang kasanayan upang itakda ang d gain sa zero at gumana gamit lamang ang control ng PID (partikular, kontrol ng PI).
Ang Overshoot ay kapag ang proseso ng variable na shoots ay lumipas sa setpoint bago mag -ayos pabalik. Ito ay isang klasikong pag -sign na ang integral (i) makakuha ay masyadong mataas, na nagiging sanhi ng controller na 'wind up ' masyadong maraming pagwawasto. Maaari rin itong sanhi ng hindi sapat na derivative (D) na makamit upang mapawi ang tugon. Upang ayusin ito, dapat mo munang subukang bawasan ang integral na pakinabang.
Oo, talagang. Ang isang PLC (Programmable Logic Controller) ay isa sa mga pinaka -karaniwang platform para sa pagpapatupad ng isang algorithm ng control ng PID. Karamihan sa mga modernong PLC ay nakatuon, built-in na mga bloke ng pag-andar ng PID na ginagawang diretso ang pagsasaayos. Ang PLC ay madalas na gumaganap ng pagkalkula ng control ng PID at pagkatapos ay ipinapadala ang nagreresultang signal ng analog output sa isang VFD o control valve.
Ang algorithm ng control ng PID ay isang tipan sa matikas at epektibong engineering. Ito ay isang pangunahing, malakas, at kamangha -manghang nababaluktot na tool na bumubuo ng bedrock ng modernong pang -industriya na automation. Sa pamamagitan ng dalubhasang binabalanse ang proporsyonal na tugon nito sa kasalukuyan, ang integral na pagsasaalang -alang ng nakaraan, at ang derivative na hula nito sa hinaharap, ang isang algorithm ng control ng PID ay nagdudulot ng walang kaparis na katatagan, kahusayan, at katumpakan sa mga system na kung hindi man ay magiging magulong, masayang, at hindi maaasahan.
Mula sa pinakasimpleng temperatura controller hanggang sa pinaka advanced na VFD na gumagamit ng kumplikadong mga gawain sa pag-save ng enerhiya, ang algorithm ng control ng PID ay ang karaniwang thread. Ang pag -master ng mga prinsipyo nito at ang sining ng pag -tune nito ay, at magpapatuloy, isang kasanayan sa pundasyon para sa anumang standout na propesyonal sa larangan ng engineering, automation, at control control.
