PID-controller is een veelgebruikte controller op het gebied van industriële controle, de volledige naam is proportioneel-integrale derivatieve controller (proportionele integrale derivatieve controller). Het is een lineaire controller, door de proportionele (P), integrale (i) en differentiaal (d) drie parameters van de aanpassing, om nauwkeurige controle van de systeemuitgang te bereiken.
Ten eerste, het basisprincipe van PID -controller
Proportionele controle (P -controle)
Proportionele controle is de meest elementaire besturingsmethode in de PID -controller. Het kernidee is om de afwijking tussen de uitgangswaarde van het systeem en de gewenste waarde te vergelijken en vervolgens de besturingshoeveelheid aan te passen aan de grootte van de afwijking. De formule voor proportionele controle is:
u (t)=kp * e (t)
Waar u (t) de besturingshoeveelheid aangeeft, geeft KP de evenredigheidscoëfficiënt aan en geeft E (t) de afwijking aan.
Het voordeel van proportionele controle is een snelle respons, maar het nadeel is het bestaan van een stabiele fout, dwz, wanneer het systeem stabiele toestand bereikt, is er nog steeds enige afwijking tussen de outputwaarde en de gewenste waarde.
Integrale besturing (ik controleer)
Integrale controle werd geïntroduceerd om de stabiele fout in evenredige controle te elimineren. Het kernidee is het integreren van de geaccumuleerde waarde van de afwijking in de tijd en vervolgens de besturingshoeveelheid aan te passen aan de integrale waarde. De formule voor integrale besturing is:
u (t)=u (t -1) + ki * ∫e (t) dt
waarbij KI de integrale coëfficiënt aangeeft en ∫e (t) dt de integrale waarde van de afwijking aangeeft.
Het voordeel van integrale controle is dat het de stabiele toestandsfout elimineert, maar het nadeel is dat het overschoots en oscillaties in het systeem kan veroorzaken.
Differentiële controle (D -controle)
Differentiële controle werd geïntroduceerd om de stabiliteit en de responssnelheid van het systeem te verbeteren. Het kernidee is om de trend van afwijking te voorspellen en vervolgens de besturingshoeveelheid aan te passen aan de trend. De formule voor differentiële besturing is:
u (t)=u (t -1) + kd * de (t)/dt
waarbij KD de differentiële coëfficiënt aangeeft en de (t)/dt de snelheid van verandering van de afwijking aangeeft.
Het voordeel van differentiële controle is dat het de stabiliteit en de responssnelheid van het systeem kan verbeteren, maar het nadeel is dat het gevoelig is voor ruis en kan leiden tot schommelingen in de besturingshoeveelheid.
Ten tweede, de ontwerpmethode van PID -controller
Bepaal het besturingsdoelstelling
Voordat u een PID -controller ontwerpt, moet u eerst de besturingsdoelstelling definiëren, dat wil zeggen wat voor soort status u wilt dat de systeemuitgang zal bereiken. Het controledoelstelling kan de stabiele fout, overschrijding, stijgtijd, enz. Zijn
Stel wiskundig model op
Volgens het werkingsprincipe van het eigenlijke systeem, stel je een wiskundig model op. Het wiskundige model kan lineair of niet -lineair zijn. Voor lineaire systemen kunnen overdrachtsfuncties, toestandsruimtes en andere methoden worden gebruikt voor het modelleren; Voor niet -lineaire systemen kunnen neurale netwerken, fuzzy controle en andere methoden worden gebruikt voor het modelleren.
Bepaal de PID -parameters
Bepaal volgens het controledoelstelling en het wiskundige model de proportionele coëfficiënt KP, integrale coëfficiënt KI en differentiële coëfficiënt KD van de PID -controller. Veelgebruikte methoden voor parameterafstemming zijn:
(1) Empirische methode: selecteer volgens ervaring de juiste proportionele coëfficiënt, integrale coëfficiënt en differentiële coëfficiënt.
(2) Methode voor proef en fout: door constant de PID -parameters aan te passen en de systeemrespons te observeren, totdat een bevredigend controle -effect is bereikt.
(3) Optimalisatiemethode: gebruik optimalisatie -algoritmen (zoals genetisch algoritme, deeltjeszwermende algoritme, enz.) Om de PID -parameters te optimaliseren om het beste controle -effect te verkrijgen.
Simulatieverificatie
Na het bepalen van de PID -parameters is het noodzakelijk om simulatie -verificatie uit te voeren. Simulatieverificatie kan worden uitgevoerd met behulp van software zoals MATLAB, Simulink, enz. Door middel van simulatieverificatie kunnen de prestaties van de PID -controller worden gecontroleerd om te zien of deze aan de besturingsdoelstellingen voldoet.
Praktische toepassing
Nadat de simulatieverificatie is doorgegeven, wordt de PID -controller op het werkelijke systeem toegepast. In het proces van praktische toepassing moeten de PID-parameters mogelijk worden verfijnd om zich aan te passen aan de wijzigingen in de werkelijke werkomstandigheden.
Ten derde, de toepassing van PID -controller
PID -controller is veel gebruikt op het gebied van industriële controle vanwege de eenvoudige, praktische, gemakkelijk te implementeren en andere kenmerken. Gemeenschappelijke toepassingsgebieden zijn onder meer:
Temperatuurregeling: zoals ketels, airconditioners, chemische reactoren.
Stroomregeling: zoals waterpompen, compressoren, pijpleidingtransport.
Drukregeling: zoals hydraulische systemen, pneumatische systemen, enz.
Snelheidscontrole: zoals motoren, transportbanden, enz.
Positiecontrole: zoals robots, kranen, enz.
Controle van chemische reactieproces: zoals chemische reactoren, gistingstanks.
Ten vierde, de voor- en nadelen van PID -controller
Voordelen
(1) Eenvoudige structuur: PID -controller bestaat uit proportionele, integrale, differentiële drie delen, eenvoudige structuur, gemakkelijk te begrijpen en te realiseren.
(2) Gemakkelijk aan te passen De parameters: PID -controllerparameters (KP, KI, KD) kunnen worden aangepast volgens de besturingsdoelstelling, heeft een goede flexibiliteit.
(3) GROOTSTE toepassingsbereik: PID -controllers zijn van toepassing op een verscheidenheid aan lineaire en niet -lineaire systemen, met een goede universaliteit.
(4) Lage realisatiekosten: PID -controller heeft lage realisatiekosten en kunnen worden toegepast op verschillende industriële controlesystemen.
Nadelen
(1) Gevoelig voor ruis: differentiële regeling is gevoelig voor ruis, wat kan leiden tot schommelingen in het regelkolom.
(2) Moeilijkheid bij het aanpassing van de parameter: voor complexe systemen kan de aanpassing van PID -parameters moeilijk zijn, waardoor veel tests en aanpassingen nodig zijn.
(3) Onvermogen om met niet -lineaire systemen om te gaan: voor niet -lineaire systemen kunnen de prestaties van PID -controllers niet omgaan met niet -lineaire systemen.