I. INLEIDING
In regelsystemen voor industriële automatisering zijn PID-regelaars en schakelregelaars twee veel voorkomende regelstrategieën. Ze hebben elk unieke werkingsprincipes, toepassingsscenario's, voor- en nadelen. Het doel van dit artikel is om de verschillen tussen PID-regelaars en schakelregelaars in detail te bespreken en deze te vergelijken en analyseren in termen van hun werkingsprincipes, toepassingsscenario's, prestatiekenmerken en andere aspecten, zodat lezers een dieper inzicht kunnen krijgen in deze twee regelstrategieën en redelijkere keuzes kunnen maken in praktische toepassingen.
II. Het werkingsprincipe en de kenmerken van de PID-controller
Werkingsprincipe
PID-regelaar (Proportionele-Integrale-Afgeleide Controller) is een op afwijkingen-gebaseerd feedbackregelalgoritme, bestaande uit drie proportionele (P), integrale (I) en differentiële (D) regeltermen. Het meet het verschil tussen de uitgangswaarde van het bestuurde object en de gewenste waarde (dat wil zeggen de afwijking) en verwerkt vervolgens de afwijking volgens de proportionele, integrale en differentiële besturingstermen om de output van de controller te verkrijgen. Het werkingsprincipe van de PID-controller is gebaseerd op de feedbackregeling van de fout, en de output van het systeem wordt geleidelijk benaderd tot de ingestelde waarde door de regelgrootheid voortdurend aan te passen.
Functies
(1) Controle met hoge-precisie:De PID-regelaar kan de regelhoeveelheid nauwkeurig aanpassen aan de systeemafwijking om zo een hoge-precisieregeling te realiseren. Door de parameters van de PID-regelaar te optimaliseren (proportionele coëfficiënt Kp, integrale coëfficiënt Ki en differentiële coëfficiënt Kd) kan de regelnauwkeurigheid van het systeem verder worden verbeterd.
(2) Snelle reactie:De differentiële regelterm in de PID-regelaar kan de trend van de systeemafwijking voorspellen en de regelhoeveelheid vooraf aanpassen, waardoor de systeemreactie wordt versneld. Hierdoor kan de PID-regelaar bij externe interferentie of parameterwijzigingen snel de stabiele toestand herstellen.
(3) goede stabiliteit:de integrale regelterm in de PID-regelaar kan de steady-state-fout geleidelijk verminderen, zodat de systeemuitvoer wordt gestabiliseerd nabij de ingestelde waarde. Hierdoor heeft de PID-controller een goede stabiliteit, geschikt voor een langdurige stabiele werking van het systeem.
III. Het werkingsprincipe en de kenmerken van de schakelcontroller
Werkingsprincipe
Het schakelen tussen controllers is een op drempels-gebaseerde besturingsstrategie, waarvan de uitvoer slechts twee statussen "aan" en "uit" heeft. Wanneer de uitgangswaarde van het bestuurde object de ingestelde drempelwaarde overschrijdt of onderschrijdt, schakelt de schakelcontroller de uitgangstoestand om. Voor verwarmingsregeling, wanneer de temperatuur lager is dan de ingestelde waarde wanneer de uitgang "aan" is, begint de verwarmingsapparatuur te werken; wanneer de temperatuur hoger is dan de ingestelde waarde en de uitgang "uit" is, stopt de verwarmingsapparatuur met werken. Het werkingsprincipe van de schakelcontroller is eenvoudig en intuïtief, en is geschikt voor sommige gelegenheden waarbij geen hoge regelnauwkeurigheid vereist is.
Kenmerken
(1) Eenvoudig en praktisch:de structuur van de schakelaarcontroller is eenvoudig, gemakkelijk te realiseren en kan eenvoudig worden ingebed in een verscheidenheid aan besturingssystemen. Het werkingsprincipe is intuïtief en gemakkelijk te begrijpen, zonder de noodzaak van een complex berekenings- en aanpassingsproces.
(2) Lage kosten:vanwege de eenvoudige structuur van de schakelcontroller zijn de productiekosten relatief laag. Dit maakt de schakelende controller zeer concurrerend in sommige kosten-gevoelige gelegenheden.
(3) Geschikt voor systemen met grote traagheid:schakelregelaars zijn geschikt voor sommige systemen met een grote traagheid, zoals grote verwarmingsovens en koelapparatuur. In deze systemen kan de schakelcontroller, vanwege de lage reactiesnelheid van het systeem, de systeemuitvoer geleidelijk aanpassen door de uitvoerstatus voortdurend te schakelen om een stabieler regeleffect te bereiken.
IV. Het verschil tussen PID-regelaar en schakelregelaar
Nauwkeurigheid van de controle
PID-controller heeft een hoge regelnauwkeurigheid en kan de nauwkeurige regeling van de systeemuitvoer realiseren. De regelnauwkeurigheid van de schakelcontroller is relatief laag en kan alleen een ruw regeleffect bereiken. In sommige gevallen waarbij een hoge regelnauwkeurigheid vereist is, zoals temperatuurregeling, drukregeling, enz., hebben PID-regelaars duidelijke voordelen.
Reactiesnelheid
De differentiële regelterm in de PID-regelaar kan de trend van de systeemafwijking voorspellen en de regelhoeveelheid vooraf aanpassen, waardoor de reactiesnelheid van het systeem wordt versneld. De reactiesnelheid van de schakelende controller is langzamer en kan de systeemuitvoer slechts geleidelijk aanpassen door de uitvoerstatus voortdurend te schakelen. In sommige gevallen die een snelle reactie vereisen, zoals robotbesturing, motorbesturing, enz., is een PID-controller voordeliger.
Stabiliteit
De integrale regelterm in de PID-regelaar kan de steady-state-fout geleidelijk verminderen, zodat de systeemuitgang wordt gestabiliseerd nabij de ingestelde waarde. Hierdoor heeft de PID-controller een betere stabiliteit, geschikt voor de behoefte aan een langdurige stabiele werking van het systeem. Schakelcontrollers hebben een relatief slechte stabiliteit en worden gemakkelijk beïnvloed door externe interferentie en parameterwijzigingen.
Toepassingsscenario's
PID-regelaars zijn geschikt voor toepassingen die een hoge regelnauwkeurigheid en stabiliteit vereisen, zoals temperatuurregeling, drukregeling, debietregeling, etc. Schakelregelaars zijn daarentegen meer geschikt voor toepassingen die een hoge regelnauwkeurigheid en stabiliteit vereisen. Schakelcontroller is geschikter voor sommige van de nauwkeurigheidseisen die niet hoog zijn, de traagheid van het systeem is bij grote gelegenheden, zoals grootschalige verwarmingsovens, koelapparatuur enzovoort.
V. Conclusie
PID-regelaars en schakelregelaars zijn twee veel voorkomende regelstrategieën, die elk een uniek werkingsprincipe, toepassingsscenario's en voor- en nadelen hebben. Bij praktische toepassingen moet de juiste regelstrategie worden geselecteerd op basis van de specifieke behoeften en kenmerken van het systeem. Voor het systeem dat hoge precisie, snelle respons en stabiele regeling vereist, is een PID-controller een betere keuze; terwijl voor sommige gelegenheden die geen hoge regelprecisie en grote systeemtraagheid vereisen, het wisselen van controller voordeliger is.