Maoni: 0 Mwandishi: Mhariri wa Tovuti Chapisha Wakati: 2025-06-13 Asili: Tovuti
Nyuma ya mifumo isitoshe ambayo inadhibiti joto, kudumisha shinikizo sahihi, au kushikilia motor kwa kasi ya mara kwa mara, algorithm ya kifahari na yenye nguvu iko kazini. Mara nyingi huelezewa kama 'workhorse ya kisasa ya viwanda, ' bado wengi ambao wananufaika kutokana na usahihi wake hawaelewi kabisa jinsi inavyofanya kazi. Michakato mingi ya kiotomatiki, ikiwa imeachwa bila kufutwa, inaweza kuteseka kutokana na kutokuwa na utulivu wa porini, kila wakati ikizidi malengo yao, au kuonyesha majibu ya uvivu, yasiyofaa. Kwa changamoto hizi, udhibiti wa mwongozo sio chaguo.
Hapa ndipo mahali panapofaa-msingi-derivative (PID kudhibiti algorithm) inapoingia. Kwa karibu karne moja, imebaki algorithm inayotumika sana na inayoaminika kwa kuunda mifumo thabiti, yenye ufanisi, na ya kuaminika. Mwongozo huu utasababisha dhana hii muhimu. Tutavunja nini algorithm ya kudhibiti PID ni nini, jinsi kila moja ya vifaa vyake vya msingi inavyofanya kazi kwa maelewano, kwa nini ni muhimu sana kwa vifaa vya kisasa kama a Kuendesha kwa kasi ya mzunguko , na jinsi ya kukaribia sanaa muhimu ya kueneza kwa utendaji mzuri. Kuelewa algorithm hii ni ufunguo wa kufungua kiwango cha juu cha udhibiti wa mchakato.
Kuelewa algorithm ya kudhibiti PID, lazima kwanza uelewe kazi yake ya msingi: Ili kudumisha eneo linalotaka '' kwa kusimamia kwa busara pato la mfumo. Ni kiwango cha dhahabu kwa udhibiti wa maoni ya kitanzi.
Fikiria unataka kudumisha joto la tank ya maji kwa joto la 70 ° C. Hii 70 ° C ndio nafasi yako. Sensor ya joto kwenye tank hutoa joto la sasa, ambayo ni mchakato wa kutofautisha. Algorithm ya kudhibiti PID inaendelea kuhesabu 'kosa ', ambayo ni tofauti kati ya mpangilio na mchakato wa kutofautisha (kosa = kuweka - mchakato wa kutofautisha).
Kusudi lote la algorithm ya kudhibiti PID ni kudhibiti matokeo ya kudhibiti (kama kitu cha kupokanzwa) kwa njia ambayo inasababisha kosa hili kwa sifuri haraka na vizuri iwezekanavyo. Inafikia hii kupitia jumla ya uzito wa vitendo vitatu tofauti vya kudhibiti: sawia, muhimu, na inayotokana. Algorithm ya kudhibiti PID ni kito cha majibu ya nguvu.
Muda wa sawia ni nguvu ya msingi ya kuendesha algorithm ya kudhibiti PID. Inazalisha pato la kudhibiti ambalo ni sawa moja kwa moja na saizi ya kosa la sasa.
Jinsi inavyofanya kazi: Kosa kubwa husababisha hatua kubwa ya kurekebisha. Kosa ndogo husababisha hatua ndogo ya kurekebisha.
Mfano: Fikiria kama kanyagio cha gesi kwenye gari lako. Kasi yako ya sasa iko chini ya kikomo cha kasi (mpangilio), ni ngumu zaidi kubonyeza kanyagio. Kitendo hiki cha sawia hutoa majibu ya awali, yenye nguvu kwa kupotoka sahihi.
Walakini, udhibiti wa usawa peke yake mara nyingi huwa na kiwango cha juu. Katika mifumo mingi, itafikia hatua ambayo hatua ya kurekebisha haitoshi kabisa kuondoa kosa, na kusababisha kosa ndogo lakini 'la serikali.
Neno muhimu linaangalia historia ya kosa. Inaendelea kuhitimisha, au inajumuisha, dhamana ya makosa kwa wakati.
Jinsi inavyofanya kazi: Kwa muda mrefu kama kosa lisilo la sifuri linaendelea, neno muhimu litaendelea kukua, na kuongeza nguvu zaidi na zaidi ya marekebisho kwenye pato. Kitendo hiki kimeundwa mahsusi ili kuondoa kosa la hali thabiti iliyoachwa na mtawala wa usawa tu.
Analogy: Unaendesha kupanda juu, na majibu ya sawia ya udhibiti wako sio nguvu ya kutosha kudumisha kikomo cha kasi. Gari inakaa 2 mph chini ya mpangilio. Sehemu muhimu ya algorithm ya kudhibiti PID inaona kosa hili linaloendelea kwa sekunde chache, hujilimbikiza, na huambia injini kuongeza nguvu kidogo zaidi hadi gari liwe sawa na kikomo cha kasi na linakaa hapo.
Kitendo muhimu inahakikisha usahihi wa ajabu, lakini ikiwa faida yake imewekwa juu sana, inaweza kusababisha kupindukia. Ufanisi wa algorithm nzima ya kudhibiti PID inategemea kusawazisha neno hili.
Muda wa derivative ndio sehemu ya kisasa zaidi ya algorithm ya kudhibiti PID. Haiangalii kosa la sasa au makosa ya zamani; Badala yake, inaangalia kiwango cha mabadiliko ya kosa.
Jinsi inavyofanya kazi: Neno la derivative linatarajia tabia ya baadaye ya kosa. Ikiwa kosa linafungwa kwenye sifuri haraka sana, neno linalotokana linatumika kwa nguvu ya kuvunja au ya kunyoosha kwa pato kuzuia mfumo kutoka kwa kuruka nyuma.
Analogy: Gari lako linapokaribia haraka kasi inayotaka, kwa urahisi hupunguza kanyagio cha gesi kabla ya kuifikia ili kuhakikisha kuwa laini laini, laini ya kutua kwa lengo. Hiyo ndivyo neno la derivative hufanya. Inapunguza majibu, hupunguza kupita kiasi, na inaboresha utulivu wa mfumo.
Wakati nguvu, udhibiti wa derivative ni nyeti sana kwa kelele ya kipimo kutoka kwa sensorer. Katika mifumo iliyo na maoni ya 'kuruka ', inaweza kusababisha tabia mbaya, ndiyo sababu wakati mwingine huachwa, na kusababisha mtawala wa PI. Walakini, kwa algorithm kamili ya kudhibiti PID, jambo hili la utabiri ni ufunguo wa utendaji wa hali ya juu.
Utekelezaji wa algorithm ya kudhibiti PID iliyowekwa vizuri sio mazoezi ya kitaaluma tu; Inatoa faida zinazoonekana, zinazoweza kupimika ambazo ni muhimu kwa tasnia ya kisasa. Algorithm ya kudhibiti PID iliyotekelezwa vizuri ni mabadiliko ya mchezo.
Usahihi ulioinuliwa: Faida ya msingi ni uwezo wa kupunguza sana pengo kati ya mpangilio unaotaka na mchakato halisi wa kutofautisha, na kusababisha ubora wa bidhaa thabiti na utendaji wa kuaminika. Algorithm ya kudhibiti PID hufanya hii iwezekane.
Uimara ulioboreshwa: algorithm ya kudhibiti vizuri ya PID hubadilisha mchakato wa machafuko, wa oscillating kuwa laini na thabiti. Inasababisha kushuka kwa thamani ambayo inaweza kuharibu vifaa au bidhaa za kuharibu.
Utunzaji wa Nishati: Kwa kuzuia urekebishaji wa kila wakati na baiskeli ya nguvu ya udhibiti wa ON/Off, algorithm ya kudhibiti PID inahakikisha kwamba motors, hita, na valves hutumia tu kiwango sahihi cha nishati inayohitajika. Hii husababisha kupungua kwa gharama za utendaji.
Kupunguza kuvaa na machozi: Marekebisho laini, yaliyodhibitiwa yaliyotolewa na algorithm ya kudhibiti PID ni laini sana juu ya vifaa vya mitambo kama valves, pampu, na sanduku za gia kuliko kuanza ghafla na kuacha. Hii hutafsiri moja kwa moja kwa vifaa vya muda mrefu vya vifaa na gharama za chini za matengenezo.
Operesheni kamili: algorithm ya kudhibiti PID inasimamia kazi za kanuni ngumu, kufungia waendeshaji wa binadamu na kufikia kiwango cha msimamo ambao hauwezekani kuiga kwa mikono.
Moja ya matumizi ya kawaida na yenye nguvu ya algorithm ya kudhibiti PID leo iko ndani ya VFD (gari la frequency la kutofautisha). Mchanganyiko huu umebadilisha viwanda kutoka HVAC hadi matibabu ya maji.
VFD ni kifaa ambacho kinadhibiti kasi ya gari la AC kwa kutofautisha frequency ya nguvu ya umeme inayosambaza. Kwa yenyewe, VFD inayoendesha katika modi ya 'Open-Loop ' hutuma amri kwa kasi fulani.
Ili kuunda mfumo wa busara, wa kujisimamia, tunaanzisha kitanzi cha maoni. Transducer-kama vile sensor ya shinikizo, mita ya mtiririko, au probe ya joto-hupima mchakato kutofautisha na kutuma ishara ya maoni (kawaida analog 4-20mA au 0-10VDC ishara) kurudi VFD. Vitengo vingi vya kisasa vya VFD vina algorithm ya kudhibiti PID. Kazi hii ya kudhibiti PID ya ndani inakuwa ubongo wa operesheni, kwa kutumia maoni ya transducer kurekebisha moja kwa moja kasi ya gari ili kudumisha mpangilio.
Wacha tuonyeshe na hali ya kawaida: mfumo wa pampu ya nyongeza ambayo inahitaji kudumisha shinikizo la maji la mara kwa mara la psi 50 kwenye mabomba ya jengo.
Hali bila PID: pampu inaweza kuwa mbali au kukimbia kwa kasi ya 100%. Hii inaweza kusababisha spikes kubwa ya shinikizo (nyundo ya maji), inahitaji tank kubwa ya shinikizo kuboresha mfumo, na kuwa haifai sana.
Hali na algorithm ya kudhibiti PID katika VFD:
Usanidi: Transducer ya shinikizo imewekwa kwenye mstari wa maji na waya kwa pembejeo ya analog ya VFD. Mpangilio unaohitajika wa psi 50 umeandaliwa ndani ya VFD.
Kitendo: Mtu anafungua bomba, na shinikizo linashuka hadi 45 psi. Transducer hutuma ishara kwa VFD inayoonyesha kushuka.
Jibu: Algorithm ya ndani ya VFD ya PID huhesabu kosa kubwa. Muda wa sawia huanza mara moja, na kusababisha VFD kuongeza kasi ya gari haraka. Muda muhimu huanza kukusanya kosa ili kuhakikisha kuwa haitatua chini ya 50 psi.
Udhibiti: Wakati shinikizo linapokaribia kwa haraka safu ya psi 50, muda unaotokana wa algorithm ya kudhibiti PID unatarajia kuwasili na kumwambia gari litoke, kuzuia kuzidi. VFD basi hurekebisha kasi ya gari kikamilifu kushikilia shinikizo thabiti kwa psi 50, bila kujali ni faini ngapi zimefunguliwa. Matumizi haya ya algorithm ya kudhibiti PID na VFD huondoa hitaji la valves tata za kudhibiti shinikizo na huokoa nguvu kubwa.
Ushirikiano kati ya algorithm ya kudhibiti PID na VFD haishii hapo. Mwenendo wa hivi karibuni unajumuisha safu nyingine ya optimization. Mara tu algorithm ya kudhibiti PID ikiwa imeimarisha kasi ya gari ili kukidhi mahitaji ya mchakato, algorithm ya juu ya 'kazi' inaweza kuchukua nafasi.
Algorithm hii ya sekondari kwa busara na inapunguza voltage inayotolewa kwa gari kwa kasi hiyo thabiti. Inafuatilia vigezo vya gari kila wakati kama kuingizwa na sasa kupata voltage ya chini kabisa inayohitajika kutoa torque muhimu. Kwa kupunguza flux ya sumaku kwenye msingi wa motor, njia hii inaweza kupunguza upotezaji wa msingi wa gari na kufikia asilimia 2-10 ya ziada katika akiba ya nishati juu ya akiba iliyotolewa tayari na udhibiti wa PID na VFD. Hii ni mfano bora wa algorithm ya kisasa ya kudhibiti PID inayofanya kazi katika tamasha na mantiki zingine nzuri.
Algorithm ya kudhibiti PID ni nzuri tu kama tuning yake. 'Tuning ' ni mchakato wa kuweka viwango bora vya faida kwa maneno ya P, I, na D. Lengo ni kufikia majibu ya haraka kwa mabadiliko na overshoot ndogo na hakuna oscillation. Hii ni hoja muhimu zaidi ya kutekeleza algorithm ya kudhibiti PID.
Thamani za faida mbaya zinaweza kufanya mfumo kufanya vibaya kuliko kutokuwa na udhibiti kabisa.
| Hali duni ya tuning | inayosababisha tabia ya mfumo |
|---|---|
| Upendeleo (p) kupata juu sana | Mfumo unakuwa mkali na oscillates porini karibu na mpangilio, kamwe kutulia. |
| Jumuishi (i) kupata juu sana | Mfumo utazidi kuweka nafasi kwa kiasi kikubwa na kuchukua muda mrefu sana kutulia. |
| Derivative (d) kupata juu sana | Mfumo unakuwa 'twitchy ' na nyeti-nyeti kwa kelele yoyote ya sensor, na kusababisha kutokuwa na utulivu. |
Wakati kuna huduma za kusanidi kiotomatiki kwenye watawala wengi wa kisasa, kuelewa mchakato wa kuorodhesha mwongozo ni ustadi mkubwa. Njia ya Ziegler-Nichols ni njia ya uhandisi ya hali ya juu kupata maadili mazuri ya algorithm yako ya kudhibiti PID.
Anza na sifuri: Anza kwa kuweka muhimu (i) na derivative (d) kupata maadili kwa sifuri. Hii inabadilisha mtawala kuwa mtawala wa usawa tu.
Kuongeza faida (p) faida: na mfumo unaendesha, ongeza polepole faida ya P. Kama unavyofanya, mfumo utaanza kuzidi. Endelea kuongezeka P hadi mfumo ufikie mahali ambapo hutoka kwa kiwango thabiti, thabiti, na kinachoendelea. Thamani hii ya p inaitwa 'faida ya mwisho ' (KU).
Pima kipindi cha oscillation: Wakati mfumo unazidi kuongezeka, pima wakati inachukua wimbi moja kamili la oscillation (kutoka kilele moja hadi kingine). Wakati huu ni 'kipindi cha mwisho ' (TU).
Mahesabu ya faida: Sasa, tumia fomula za Ziegler-Nichols zilizoanzishwa kuhesabu maadili yako ya kupata. Kwa algorithm ya kawaida ya kudhibiti PID:
P faida = 0.6 * ku
Ninapata = 2 * p faida / tu
D Gain = p faida * tu / 8
Tune nzuri: Thamani hizi zilizohesabiwa ni hatua bora ya kuanzia. Kuanzia hapa, fanya marekebisho madogo, ya kuongezeka kwa maneno ya P, I, na D kukamilisha majibu ya mfumo kwa mahitaji ya programu maalum (kwa mfano, majibu ya haraka dhidi ya overshoot). Utaratibu huu ni ufunguo wa kusimamia algorithm ya kudhibiti PID.
Algorithm ya kudhibiti PID ya kuhesabu thamani kamili, kamili ya pato inayohitajika katika kila mzunguko (kwa mfano, 'Weka heater hadi 75% nguvu '). Algorithm inayoongezeka ya PID huhesabu mabadiliko tu yanayohitajika kutoka kwa matokeo ya zamani (kwa mfano, 'kuongeza nguvu ya heater na 2%'). Njia ya kuongezeka inaweza kuwa salama katika mifumo mingine, kwani inazuia kuruka kubwa, ghafla katika pato ikiwa mtawala ataweka upya kwa kifupi.
Katika michakato iliyo na kipimo kingi 'kelele ' - ikimaanisha kuwa maoni ya sensor hubadilika haraka na kwa usawa -neno linalotokana linaweza kutafsiri kelele hii kama mabadiliko ya haraka ya makosa na kusababisha matokeo kuwa yasiyokuwa na msimamo. Katika matanzi haya ya kawaida ya 'kelele ', ni mazoezi ya kawaida kuweka faida ya D kwa sifuri na kufanya kazi kwa kutumia udhibiti wa PID tu (haswa, udhibiti wa PI).
Overshoot ni wakati mchakato wa kutofautisha unapita nyuma ya mpangilio kabla ya kutulia chini. Ni ishara ya kawaida kwamba faida ya (i) ni ya juu sana, na kusababisha mtawala '' upepo 'hatua nyingi za kurekebisha. Inaweza pia kusababishwa na faida ya kutosha ya derivative (D) kumaliza majibu. Ili kuirekebisha, unapaswa kujaribu kwanza kupunguza faida muhimu.
Ndio, kabisa. PLC (mtawala wa mantiki anayeweza kupangwa) ni moja ya majukwaa ya kawaida ya kutekeleza algorithm ya kudhibiti PID. PLC nyingi za kisasa zimejitolea, zilizojengwa ndani ya kazi za PID ambazo hufanya usanidi kuwa sawa. PLC mara nyingi hufanya hesabu ya udhibiti wa PID na kisha hutuma ishara ya matokeo ya analog kwa VFD au valve ya kudhibiti.
Algorithm ya kudhibiti PID ni ushuhuda wa uhandisi wa kifahari na mzuri. Ni zana ya msingi, yenye nguvu, na ya kushangaza ambayo huunda kitanda cha mitambo ya kisasa ya viwandani. Kwa kusawazisha majibu yake ya usawa kwa sasa, uzingatiaji wake muhimu wa zamani, na utabiri wake wa siku zijazo, algorithm ya kudhibiti PID huleta utulivu usio na usawa, ufanisi, na usahihi wa mifumo ambayo ingekuwa machafuko, kupoteza, na isiyoaminika.
Kutoka kwa mtawala rahisi wa joto hadi njia za juu zaidi za kuokoa nishati za VFD, algorithm ya kudhibiti PID ni uzi wa kawaida. Kujua kanuni zake na sanaa ya tuning yake ni, na itaendelea kuwa, ustadi wa msingi kwa mtaalamu yeyote wa kusimama katika nyanja za uhandisi, automatisering, na udhibiti wa michakato.
