Ένας διαφορικός αναλογικός-ολοκληρωτικός ελεγκτής είναι μια συσκευή που εγκαθίσταται σε αυτοματοποιημένα συστήματα για να διατηρεί μια δεδομένη παράμετρο που μπορεί να αλλάξει.
Με την πρώτη ματιά, όλα είναι μπερδεμένα, αλλά ο έλεγχος PID μπορεί επίσης να εξηγηθεί για τα ανδρείκελα, π.χ. άτομα που δεν είναι αρκετά εξοικειωμένα με ηλεκτρονικά συστήματα και συσκευές.
Περιεχόμενο
Τι είναι ένας ελεγκτής PID;
Ο ελεγκτής PID είναι μια συσκευή ενσωματωμένη στον βρόχο ελέγχου με υποχρεωτική ανάδραση. Έχει σχεδιαστεί για να διατηρεί καθορισμένα επίπεδα τιμών ρύθμισης, όπως η θερμοκρασία του αέρα.
Η συσκευή παρέχει ένα σήμα ελέγχου ή εξόδου στη συσκευή ελέγχου, με βάση τα δεδομένα που λαμβάνονται από τους αισθητήρες ή τους αισθητήρες. Οι ελεγκτές έχουν υψηλά ποσοστά ακρίβειας των παροδικών διαδικασιών και την ποιότητα της εργασίας.
Τρεις συντελεστές του ελεγκτή PID και η αρχή λειτουργίας
Η δουλειά του ελεγκτή PID είναι να παρέχει ένα σήμα εξόδου της ποσότητας ισχύος που απαιτείται για τη διατήρηση της ελεγχόμενης μεταβλητής σε ένα δεδομένο επίπεδο. Για τον υπολογισμό του δείκτη, χρησιμοποιείται ένας σύνθετος μαθηματικός τύπος, ο οποίος περιλαμβάνει 3 συντελεστές - αναλογικό, αναπόσπαστο, διαφορικό.
Ας πάρουμε ως αντικείμενο ρύθμισης ένα δοχείο με νερό, στο οποίο είναι απαραίτητο να διατηρηθεί η θερμοκρασία σε ένα δεδομένο επίπεδο ρυθμίζοντας τον βαθμό ανοίγματος της βαλβίδας με ατμό.
Η αναλογική συνιστώσα εμφανίζεται τη στιγμή της διαφωνίας με τα δεδομένα εισόδου. Με απλά λόγια, ακούγεται κάπως έτσι - λαμβάνεται η διαφορά μεταξύ της πραγματικής θερμοκρασίας και της επιθυμητής θερμοκρασίας, πολλαπλασιάζεται με έναν ρυθμιζόμενο συντελεστή και λαμβάνεται ένα σήμα εξόδου, το οποίο πρέπει να εφαρμοστεί στη βαλβίδα. Εκείνοι. μόλις πέσουν οι βαθμοί, ξεκινά η διαδικασία θέρμανσης, ανεβαίνουν πάνω από το επιθυμητό σημάδι - σβήνει ή ακόμα και κρυώνει.
Στη συνέχεια έρχεται το αναπόσπαστο εξάρτημα, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να αντισταθμίζει τις επιπτώσεις του περιβάλλοντος ή άλλες ενοχλητικές επιδράσεις στη διατήρηση της θερμοκρασίας μας σε ένα δεδομένο επίπεδο. Δεδομένου ότι υπάρχουν πάντα πρόσθετοι παράγοντες που επηρεάζουν τις συσκευές που ελέγχονται, ο αριθμός αλλάζει ήδη από τη στιγμή που λαμβάνονται τα δεδομένα για τον υπολογισμό της αναλογικής συνιστώσας. Και όσο μεγαλύτερη είναι η εξωτερική επιρροή, τόσο ισχυρότερες είναι οι διακυμάνσεις του δείκτη. Παρουσιάζονται υπερτάσεις ισχύος.
Το ενσωματωμένο στοιχείο προσπαθεί, με βάση τις προηγούμενες τιμές θερμοκρασίας, να επιστρέψει την τιμή του εάν έχει αλλάξει. Η διαδικασία περιγράφεται αναλυτικότερα στο παρακάτω βίντεο.
Και στη συνέχεια το σήμα εξόδου του ρυθμιστή, σύμφωνα με τον συντελεστή, εφαρμόζεται για αύξηση ή μείωση της θερμοκρασίας. Με την πάροδο του χρόνου, επιλέγεται η τιμή που αντισταθμίζει τους εξωτερικούς παράγοντες και τα άλματα εξαφανίζονται.
Το ολοκλήρωμα χρησιμοποιείται για την εξάλειψη σφαλμάτων με τον υπολογισμό του στατικού σφάλματος. Το κύριο πράγμα σε αυτή τη διαδικασία είναι να επιλέξετε τον σωστό συντελεστή, διαφορετικά το σφάλμα (αναντιστοιχία) θα επηρεάσει επίσης το αναπόσπαστο στοιχείο.
Το τρίτο συστατικό του PID είναι ο διαφοροποιητής. Έχει σχεδιαστεί για να αντισταθμίζει την επίδραση των καθυστερήσεων που συμβαίνουν μεταξύ της επίδρασης στο σύστημα και της ανάδρασης. Ο αναλογικός ελεγκτής παρέχει ισχύ έως ότου η θερμοκρασία φτάσει στο επιθυμητό επίπεδο, αλλά όταν οι πληροφορίες περνούν στη συσκευή, ειδικά σε μεγάλες τιμές, εμφανίζονται πάντα σφάλματα. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε υπερθέρμανση. Το διαφορικό προβλέπει αποκλίσεις που προκαλούνται από καθυστερήσεις ή περιβαλλοντικές επιρροές και μειώνει εκ των προτέρων την παρεχόμενη ισχύ.
Ρύθμιση ελεγκτή PID
Ο συντονισμός του ελεγκτή PID πραγματοποιείται με 2 μεθόδους:
- Η σύνθεση συνεπάγεται τον υπολογισμό των παραμέτρων με βάση το μοντέλο του συστήματος. Αυτή η ρύθμιση είναι ακριβής, αλλά απαιτεί βαθιά γνώση της θεωρίας του αυτόματου ελέγχου. Υπόκειται μόνο σε μηχανικούς και επιστήμονες. Δεδομένου ότι είναι απαραίτητο να αφαιρέσετε τα χαρακτηριστικά κατανάλωσης και να κάνετε έναν σωρό υπολογισμούς.
- Η μη αυτόματη μέθοδος βασίζεται σε δοκιμή και σφάλμα. Για να γίνει αυτό, λαμβάνονται ως βάση τα δεδομένα ενός ήδη ολοκληρωμένου συστήματος, γίνονται ορισμένες προσαρμογές σε έναν ή περισσότερους συντελεστές του ρυθμιστή. Μετά την ενεργοποίηση και την παρατήρηση του τελικού αποτελέσματος, οι παράμετροι αλλάζουν προς τη σωστή κατεύθυνση. Και ούτω καθεξής μέχρι να επιτευχθεί το επιθυμητό επίπεδο απόδοσης.
Η θεωρητική μέθοδος ανάλυσης και συντονισμού χρησιμοποιείται σπάνια στην πράξη, γεγονός που οφείλεται στην άγνοια των χαρακτηριστικών του αντικειμένου ελέγχου και σε μια δέσμη πιθανών ενοχλητικών επιρροών. Πιο κοινές είναι οι πειραματικές μέθοδοι που βασίζονται στην παρακολούθηση του συστήματος.
Οι σύγχρονες αυτοματοποιημένες διαδικασίες υλοποιούνται ως εξειδικευμένες ενότητες υπό τον έλεγχο προγραμμάτων προσαρμογής των συντελεστών του ρυθμιστή.
Σκοπός του ελεγκτή PID
Ο ελεγκτής PID έχει σχεδιαστεί για να διατηρεί μια ορισμένη τιμή στο απαιτούμενο επίπεδο - θερμοκρασία, πίεση, επίπεδο σε μια δεξαμενή, ροή σε αγωγό, συγκέντρωση κάποιου στοιχείου κ.λπ., αλλάζοντας την ενέργεια ελέγχου σε ενεργοποιητές, όπως αυτόματες βαλβίδες ελέγχου, χρησιμοποιώντας μια αναλογική, ολοκλήρωση, διαφοροποίηση μεγεθών για τη ρύθμισή του.
Ο σκοπός της χρήσης είναι να αποκτήσει ένα ακριβές σήμα ελέγχου που να μπορεί να ελέγχει μεγάλες βιομηχανίες, ακόμη και αντιδραστήρες σταθμών παραγωγής ενέργειας.
Παράδειγμα ελέγχου θερμοκρασίας
Συχνά χρησιμοποιούνται ελεγκτές PID για τον έλεγχο της θερμοκρασίας, ας πάρουμε ένα απλό παράδειγμα θέρμανσης νερού σε μια δεξαμενή και ας εξετάσουμε αυτήν την αυτόματη διαδικασία.
Ένα υγρό χύνεται στο δοχείο, το οποίο πρέπει να θερμανθεί στην επιθυμητή θερμοκρασία και να διατηρηθεί σε ένα δεδομένο επίπεδο. Ένας αισθητήρας θερμοκρασίας είναι εγκατεστημένος μέσα στη δεξαμενή - θερμοστοιχείο ή θερμόμετρο αντίστασης και συνδέεται απευθείας με τον ελεγκτή PID.
Για τη θέρμανση του υγρού, θα τροφοδοτήσουμε ατμό, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, με μια αυτόματη βαλβίδα ελέγχου. Η ίδια η βαλβίδα λαμβάνει ένα σήμα από τον ρυθμιστή.Ο χειριστής εισάγει την τιμή του σημείου ρύθμισης θερμοκρασίας στον ελεγκτή PID, η οποία πρέπει να διατηρείται στη δεξαμενή.
Εάν οι συντελεστές του ελεγκτή δεν έχουν ρυθμιστεί σωστά, θα προκύψουν άλματα θερμοκρασίας νερού, με τη βαλβίδα να είναι είτε πλήρως ανοιχτή είτε πλήρως κλειστή. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι απαραίτητο να υπολογίσετε τους συντελεστές του ελεγκτή PID και να τους εισαγάγετε ξανά. Εάν όλα γίνουν σωστά, μετά από σύντομο χρονικό διάστημα το σύστημα θα εξομαλύνει τη διαδικασία και η θερμοκρασία στη δεξαμενή θα διατηρείται σε ένα δεδομένο επίπεδο, ενώ ο βαθμός ανοίγματος της βαλβίδας ελέγχου θα είναι στη μεσαία θέση.
Παρόμοια άρθρα:
