PID-controller er en meget anvendt controller inden for industriel kontrol, dets fulde navn er proportional-integreret derivativ controller (proportional-integreret derivativ controller). Det er en lineær controller gennem den proportionelle (P), integrerede (I) og differentielle (D) tre parametre for justeringen for at opnå nøjagtig kontrol af systemoutputet.
Først det grundlæggende princip for PID -controller
Proportional kontrol (P -kontrol)
Proportional kontrol er den mest basale kontrolmetode i PID -controller. Dens kerneide er at sammenligne afvigelsen mellem systemets outputværdi og den ønskede værdi og derefter justere kontrolmængden i henhold til størrelsen på afvigelsen. Formlen til proportional kontrol er:
u (t)=kp * e (t)
Hvor u (t) betegner kontrolmængden, angiver KP den proportionalitetskoefficient, og e (t) angiver afvigelsen.
Fordelen ved proportional kontrol er hurtig respons, men ulempen er eksistensen af stabil tilstandsfejl, dvs. når systemet når stabil tilstand, er der stadig en vis afvigelse mellem outputværdien og den ønskede værdi.
Integreret kontrol (jeg kontrol)
Integreret kontrol blev introduceret for at eliminere den stabile tilstandsfejl i proportional kontrol. Dens kerneide er at integrere den akkumulerede værdi af afvigelse over tid og derefter justere kontrolmængden i henhold til den integrerede værdi. Formlen til integreret kontrol er:
u (t)=u (t -1) + ki * ∫e (t) dt
hvor Ki betegner den integrerede koefficient, og ∫e (t) DT angiver den integrerede værdi af afvigelsen.
Fordelen ved integreret kontrol er, at den eliminerer fejlen i stabil tilstand, men ulempen er, at det kan forårsage overskridelser og svingninger i systemet.
Differentialkontrol (D -kontrol)
Differentialkontrol blev introduceret for at forbedre systemets stabilitet og responshastighed. Dens kerneide er at forudsige tendensen med afvigelse og derefter justere kontrolmængden i henhold til tendensen. Formlen til differentiel kontrol er:
u (t)=u (t -1) + kd * de (t)/dt
hvor KD betegner den differentielle koefficient og de (T)/DT angiver hastigheden for ændring af afvigelsens afvigelser.
Fordelen ved differentiel kontrol er, at den kan forbedre systemets stabilitet og responshastighed, men ulempen er, at det er følsomt over for støj og kan føre til udsving i kontrolmængden.
For det andet designmetoden til PID -controller
Bestem kontrolmålet
Før du designer en PID -controller, skal du først definere kontrolmålet, det vil sige, hvilken slags tilstand du ønsker, at systemudgangen skal opnå. Kontrolmålet kan være den stabile fejlfejl, overskridelse, stigningstid osv.
Etabler matematisk model
I henhold til arbejdsprincippet i det faktiske system skal du etablere en matematisk model. Den matematiske model kan være lineær eller ikke -lineær. Til lineære systemer kan overførselsfunktioner, statsrum og andre metoder bruges til modellering; Til ikke -lineære systemer kan neurale netværk, fuzzy kontrol og andre metoder bruges til modellering.
Bestem PID -parametrene
I henhold til kontrolmålet og matematisk model skal du bestemme den proportionelle koefficient KP, integreret koefficient KI og differentiel koefficient KD for PID -controlleren. Almindeligt anvendte parameterindstillingsmetoder er:
(1) Empirisk metode: Vælg i henhold til erfaring den passende proportionelle koefficient, integrerede koefficient og differentiel koefficient.
(2) Forsøg og fejlmetode: ved konstant at justere PID -parametrene og observere systemresponsen, indtil der opnås en tilfredsstillende kontroleffekt.
(3) Optimeringsmetode: Brug optimeringsalgoritmer (såsom genetisk algoritme, partikelswarmalgoritme osv.) For at optimere PID -parametrene for at opnå den bedste kontroleffekt.
Simuleringsbekræftelse
Efter bestemmelse af PID -parametrene er det nødvendigt at udføre simuleringsverifikation. Simuleringsverifikation kan udføres ved hjælp af software såsom MATLAB, SIMULINK osv. Gennem simuleringsverifikation kan PID -controllerens ydelse kontrolleres for at se, om den opfylder kontrolmålene.
Praktisk anvendelse
Når simuleringsverifikationen er bestået, anvendes PID -controlleren på det faktiske system. I processen med praktisk anvendelse kan PID-parametrene muligvis være finjusteret for at tilpasse sig ændringerne i de faktiske arbejdsforhold.
For det tredje anvendelse af PID -controller
PID -controller er blevet vidt brugt inden for industriel kontrol på grund af dets enkle, praktiske, lette at implementere og andre egenskaber. Almindelige applikationsområder inkluderer:
Temperaturkontrol: såsom kedler, klimaanlæg, kemiske reaktorer.
Flowkontrol: såsom vandpumper, kompressorer, rørledningstransport.
Trykkontrol: såsom hydrauliske systemer, pneumatiske systemer osv.
Hastighedskontrol: såsom motorer, transportbånd osv.
Positionskontrol: såsom robotter, kraner osv.
Kontrol af kemisk reaktionsproces: såsom kemiske reaktorer, gæringstanke.
For det fjerde fordele og ulemper ved PID -controller
Fordele
(1) Enkel struktur: PID -controller består af proportional, integreret, differentielle tre dele, enkel struktur, let at forstå og realisere.
(2) Let at justere parametrene: PID -controller -parametre (KP, KI, KD) kan justeres i henhold til kontrolmålet, har god fleksibilitet.
(3) bred applikationsområde: PID -controllere gælder for en række lineære og ikke -lineære systemer med god universalitet.
(4) Omkostninger til lav realisering: PID -controller har lave realiseringsomkostninger og kan anvendes til forskellige industrielle kontrolsystemer.
Ulemper
(1) Følsom over for støj: Differentiel kontrol er følsom over for støj, hvilket kan føre til udsving i kontrolvolumen.
(2) Sværhedsgrad i parameterjustering: For komplekse systemer kan justeringen af PID -parametre være vanskelig, hvilket kræver mange test og justeringer.
(3) Manglende evne til at håndtere ikke -lineære systemer: For ikke -lineære systemer kan PID -controllers ydelse ikke håndtere ikke -lineære systemer.