เทคโนโลยีการควบคุม PID ในการควบคุมกระบวนการ

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์คอมพิวเตอร์การสื่อสารการวินิจฉัยข้อผิดพลาดการตรวจสอบความซ้ำซ้อนและเทคโนโลยีการแสดงผลกราฟิกระดับของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน อย่างไรก็ตามในกระบวนการผลิตคุณภาพของผลิตภัณฑ์โดยการรบกวนของปัจจัยหลายอย่างและทำให้ข้อดีของระดับอัตโนมัติต่ำกว่า ทฤษฎีการควบคุม PID ได้เกิดขึ้นตั้งแต่นั้นมา

ระบบควบคุมอัตโนมัติสามารถแบ่งออกเป็นระบบควบคุมวงเปิดและระบบควบคุมวงปิด ระบบควบคุมรวมถึงตัวควบคุมเซ็นเซอร์เครื่องส่งสัญญาณแอคชูเอเตอร์อินเตอร์เฟสอินพุตและเอาต์พุตโดยใช้การควบคุม PID เพื่อให้ได้แรงดันอุณหภูมิการไหลตัวควบคุมระดับตัวควบคุมที่ตั้งโปรแกรมได้ซึ่งสามารถรับรู้ฟังก์ชั่นการควบคุม PID (PLC) รวมถึงระบบพีซีที่ สามารถรับรู้การควบคุม PID และอื่น ๆ

การควบคุม PID

ในการปฏิบัติทางวิศวกรรมกฎหมายควบคุมการควบคุมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับสัดส่วนการควบคุมที่แตกต่างกันเรียกว่าการควบคุม PID หรือที่เรียกว่าการควบคุม PID มันได้กลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีหลักของการควบคุมอุตสาหกรรมสำหรับโครงสร้างที่เรียบง่ายเสถียรภาพที่ดีการทำงานที่เชื่อถือได้และการปรับง่าย

เมื่อโครงสร้างและพารามิเตอร์ของวัตถุที่ควบคุมไม่สามารถควบคุมได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่สามารถเข้าถึงแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำทฤษฎีการควบคุมของเทคโนโลยีอื่น ๆ นั้นยากที่จะใช้โครงสร้างและพารามิเตอร์ของตัวควบคุมระบบจะต้องพึ่งพาประสบการณ์และการดีบักภาคสนาม ในการพิจารณาเมื่อการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการควบคุม PID นั้นสะดวกที่สุด

การควบคุม PID, การควบคุม PI และ PD ในทางปฏิบัติตัวควบคุม PID ขึ้นอยู่กับข้อผิดพลาดของระบบการใช้สัดส่วนการคำนวณที่แตกต่างกันของปริมาณการควบคุมสำหรับการควบคุม การควบคุมในอุดมคติที่สุดเมื่อกฎการควบคุมเชิงอนุพันธ์-สัดส่วนซึ่งรวมจุดแข็งของทั้งสาม: บทบาทสัดส่วนในเวลาที่เหมาะสมและรวดเร็ว แต่ยังรวมถึงบทบาทของการรวมการกำจัดความแตกต่างที่เหลือในความสามารถในการแยกความแตกต่าง บทบาทของฟังก์ชั่นการควบคุมการแทนที่

ลิงค์ของการควบคุม PID

1, การควบคุมสัดส่วน (P)

การควบคุมสัดส่วนเป็นหนึ่งในวิธีการควบคุมที่ง่ายที่สุด เอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์เป็นสัดส่วนกับสัญญาณข้อผิดพลาดอินพุต มีข้อผิดพลาดสถานะคงที่ในเอาต์พุตระบบเมื่อมีการควบคุมสัดส่วนเท่านั้น สัญญาณเอาท์พุทของคอนโทรลเลอร์นั้นเป็นสัดส่วนกับสัญญาณเบี่ยงเบนนั่นคือการพูดตราบใดที่มีการเบี่ยงเบนการส่งออกของคอนโทรลเลอร์จะเปลี่ยนสัดส่วนของการเบี่ยงเบนทันทีดังนั้นความเร็วในการตอบสนองของการควบคุม P จึงรวดเร็วมาก .

กฎระเบียบ P สามารถสะท้อนการเปลี่ยนแปลงของระบบในเวลา แต่ไม่สามารถกำจัดการเบี่ยงเบนของระบบได้อย่างสมบูรณ์ดังนั้นหากมีการใช้กฎระเบียบ P ในกระบวนการควบคุมจริงเท่านั้นระบบจะผลิตส่วนที่เหลือได้ การเบี่ยงเบนจะลดลง แต่ในความเป็นจริงถ้า K - D มีขนาดใหญ่เกินไปจะนำไปสู่ความไม่แน่นอนของระบบ

2, integral (i) การควบคุม

ในการควบคุมแบบอินทิกรัลเอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์เป็นสัดส่วนกับอินทิกรัลของสัญญาณข้อผิดพลาดอินพุต สำหรับระบบควบคุมอัตโนมัติหากมีข้อผิดพลาดสถานะคงที่หลังจากเข้าสู่สถานะคงที่ระบบควบคุมจะมีข้อผิดพลาดสถานะคงที่หรือเพียงระบบที่แตกต่างกัน

เพื่อที่จะกำจัดข้อผิดพลาดสถานะคงที่จะต้องมีการแนะนำ "คำศัพท์อินทิกรัล" ลงในคอนโทรลเลอร์ คำศัพท์อินทิกรัลรวมข้อผิดพลาดขึ้นอยู่กับเวลาและเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาเพิ่มขึ้น ดังนั้นแม้ว่าข้อผิดพลาดจะมีขนาดเล็กคำศัพท์อินทิกรัลจะเพิ่มขึ้นตามเวลาและขับเคลื่อนเอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์เพื่อเพิ่มขึ้นเพื่อให้ข้อผิดพลาดสถานะคงที่ลดลงอีกจนกว่าจะใกล้เคียงกับศูนย์

ดังนั้นคอนโทรลเลอร์สัดส่วน + อินทิกรัล (PI) จึงช่วยให้ระบบสามารถป้อนสถานะคงที่โดยไม่มีข้อผิดพลาดสถานะคงที่ ขนาดของเวลาอินทิกรัลจะกำหนดความแข็งแรงของเอฟเฟกต์อินทิกรัลยิ่งเวลาอินทิกรัลที่ใหญ่ขึ้นเท่าใดเอฟเฟกต์อินทิกรัลก็จะลดลงส่งผลให้ปริมาณของระบบเพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้ามเอฟเฟกต์อินทิกรัลนั้นมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการแกว่งของระบบ

3, การควบคุมที่แตกต่าง (d)

ในการควบคุมที่แตกต่างกันเอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์และสัญญาณข้อผิดพลาดอินพุต (เช่นอัตราการเปลี่ยนแปลงของข้อผิดพลาด) เป็นสัดส่วนกับความสัมพันธ์ ระบบควบคุมอัตโนมัติเพื่อเอาชนะข้อผิดพลาดในกระบวนการควบคุมอาจมีการสั่นหรือแม้กระทั่งความไม่มั่นคง เหตุผลนี้เกิดจากการปรากฏตัวขององค์ประกอบความเฉื่อยขนาดใหญ่ (ลิงก์) หรือองค์ประกอบ hysteresis ซึ่งมีผลของการระงับข้อผิดพลาดและการเปลี่ยนแปลงมักจะล้าหลังการเปลี่ยนแปลงในข้อผิดพลาด

วิธีแก้ปัญหาคือการเปลี่ยนแปลงในการปราบปรามข้อผิดพลาด "ล่วงหน้า" เช่นเมื่อข้อผิดพลาดใกล้เคียงกับศูนย์การปราบปรามข้อผิดพลาดควรเป็นศูนย์ กล่าวคือในคอนโทรลเลอร์เฉพาะคำแนะนำของคำว่า "สัดส่วน" มักจะไม่เพียงพอบทบาทของคำที่เป็นสัดส่วนเพียงเพื่อขยายขนาดของข้อผิดพลาดและความจำเป็นในการเพิ่ม "คำต่างกัน" ซึ่งสามารถทำได้ ทำนายแนวโน้มของการเปลี่ยนแปลงข้อผิดพลาดเพื่อให้คอนโทรลเลอร์ที่มีสัดส่วน + ความแตกต่างจะสามารถควบคุมการปราบปรามข้อผิดพลาดล่วงหน้าได้ ด้วยวิธีนี้คอนโทรลเลอร์ที่มีสัดส่วน + ความแตกต่างสามารถทำได้ล่วงหน้าเพื่อยับยั้งการควบคุมข้อผิดพลาดจะเท่ากับศูนย์หรือแม้กระทั่งลบดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงการแก้ไขปริมาณการควบคุมที่รุนแรง

ดังนั้นสำหรับวัตถุควบคุมที่มีความเฉื่อยหรือ hysteresis ขนาดใหญ่คอนโทรลเลอร์สัดส่วน+differential (PD) สามารถปรับปรุงลักษณะแบบไดนามิกของระบบในกระบวนการควบคุม. ฟังก์ชันหลักของการควบคุมคือการลดปริมาณของการแก้ไขเพิ่มเติมเพื่อควบคุม ความผันผวนของเอาต์พุตของวัตถุที่ควบคุมและเพื่อลดเวลาตอบสนองของระบบซึ่งช่วยปรับปรุงคุณสมบัติแบบไดนามิกของระบบ อย่างไรก็ตาม TD ที่มีขนาดใหญ่เกินไปจะลดความสามารถในการยับยั้งสัญญาณรบกวน

4, PID ควบคุม

การควบคุมในอุดมคติที่สุดเมื่อกฎการควบคุมที่มีสัดส่วน-อินเตอร์เลก-ซึ่งกำหนดความยาวของทั้งสาม: บทบาทสัดส่วนทั้งในเวลาที่เหมาะสมและรวดเร็ว แต่ยังมีบทบาทสำคัญของการกำจัดความแตกต่างที่เหลือในความสามารถในการมีความแตกต่าง บทบาทของฟังก์ชั่นการควบคุมล่วงหน้า

เมื่อการออมเบี่ยงเบนปรากฏขึ้นความแตกต่างสามารถดำเนินการได้ทันทีและอย่างมากยับยั้งการเบี่ยงเบนของการก้าวกระโดดนี้: สัดส่วนในเวลาเดียวกันมีบทบาทในการกำจัดการเบี่ยงเบนเพื่อให้แอมพลิจูดเบี่ยงเบนลดลงเนื่องจากบทบาทสัดส่วนนั้นคงอยู่ บทบาทในกฎหมายควบคุมเพื่อให้ระบบมีความเสถียรมากขึ้นและบทบาทที่สำคัญของความแตกต่างที่เหลืออยู่อย่างช้าๆ ตราบใดที่มีการเลือกบทบาทสามบทบาทของพารามิเตอร์การควบคุมอย่างเหมาะสมคุณสามารถให้การเล่นเต็มรูปแบบกับข้อดีของกฎหมายควบคุมทั้งสามเพื่อให้ได้เอฟเฟกต์การควบคุมที่เหมาะสมยิ่งขึ้น

ดังนั้นตราบใดที่บทบาททั้งสามนั้นสามารถจับคู่ได้อย่างสมเหตุสมผลคุณสามารถบรรลุประสิทธิภาพการควบคุมที่รวดเร็วและแม่นยำและราบรื่นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์การควบคุมที่ยอดเยี่ยมซึ่งเป็นเสน่ห์ของการควบคุม PID

5, พารามิเตอร์

การกำหนดพารามิเตอร์ PID Controller เป็นแกนหลักของการออกแบบระบบควบคุม มันขึ้นอยู่กับลักษณะของกระบวนการที่จะควบคุมเพื่อกำหนดปัจจัยระดับของคอนโทรลเลอร์ PID เวลาที่สำคัญและขนาดของเวลาที่แตกต่างกัน

วิธีการตั้งค่าพารามิเตอร์ PID คอนโทรลเลอร์สรุปในสองประเภท: หนึ่งคือการคำนวณเชิงทฤษฎีของวิธีการตั้งค่า ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบหลังจากการคำนวณเชิงทฤษฎีเพื่อกำหนดพารามิเตอร์คอนโทรลเลอร์ ข้อมูลที่คำนวณได้จากวิธีนี้อาจไม่สามารถใช้โดยตรง แต่ยังผ่านการปรับและการปรับเปลี่ยนทางวิศวกรรมจริง ประการที่สองคือวิธีการสอบเทียบทางวิศวกรรมซึ่งส่วนใหญ่อาศัยประสบการณ์ทางวิศวกรรมโดยตรงในการทดสอบระบบควบคุมและวิธีการง่าย ๆ ง่ายต่อการเข้าใจในการปฏิบัติทางวิศวกรรมใช้กันอย่างแพร่หลาย

พารามิเตอร์ PID คอนโทรลเลอร์ของวิธีการปรับแต่งวิศวกรรมส่วนใหญ่เป็นวิธีอัตราส่วนที่สำคัญวิธีเส้นโค้งการตอบสนองและวิธีการลดทอน ทั้งสองวิธีมีลักษณะของตัวเองจุดร่วมคือผ่านการทดสอบและจากนั้นตามประสบการณ์ทางวิศวกรรมของสูตรสำหรับพารามิเตอร์คอนโทรลเลอร์ที่จะปรับ แต่ไม่ว่าวิธีใดที่ใช้ในการรับพารามิเตอร์คอนโทรลเลอร์จะต้องอยู่ในการทำงานจริงของการปรับและการปรับปรุงขั้นสุดท้าย โดยทั่วไปวิธีอัตราส่วนวิกฤตจะใช้ การใช้วิธีนี้สำหรับขั้นตอนการปรับพารามิเตอร์ PID Controller มีดังนี้:

(1) ก่อนเลือกระยะเวลาการสุ่มตัวอย่างระยะสั้นพอสำหรับระบบในการทำงาน

(2) เพิ่มเฉพาะลิงก์ควบคุมสัดส่วนจนกว่าจะมีการแกว่งที่สำคัญเกิดขึ้นในการตอบสนองขั้นตอนของระบบไปยังอินพุตและจดบันทึกปัจจัยการขยายตามสัดส่วนและระยะเวลาการแกว่งที่สำคัญในเวลานี้;

(3) ภายใต้การควบคุมระดับหนึ่งผ่านสูตรเพื่อให้ได้พารามิเตอร์ของคอนโทรลเลอร์ PID

ในการว่าจ้างที่เกิดขึ้นจริงสามารถตั้งค่าเชิงประจักษ์ได้อย่างคร่าวๆก่อนจากนั้นจะแก้ไขตามผลการควบคุม

สำหรับระบบอุณหภูมิ: p (%) {{0}}, i (คะแนน) 3 - 10, d (คะแนน) 0. 5 - 3

สำหรับระบบการไหล: P (%) {{0}}, i (min) 0. 1--1

สำหรับระบบความดัน: p (%) {{0}}, i (min) 0. 4--3

สำหรับระบบระดับของเหลว: p (%) 20--80, i (min) 1-5

มันฟังดูยากเล็กน้อยหรือไม่? ขอให้หมิงอธิบายให้เราฟัง

หมิงได้รับงาน: มีการรั่วไหลของถังเก็บน้ำและอัตราการรั่วไหลเป็นตัวแปร แต่จำเป็นต้องมีผิวน้ำเพื่อรักษาความสูงของผิวน้ำในตำแหน่งที่แน่นอนเมื่อพบว่าผิวน้ำจะต่ำกว่า กว่าตำแหน่งที่ต้องการคุณต้องเติมน้ำลงในถังเก็บน้ำ

จุดเริ่มต้นของ Xiaoming ด้วยกระบวยเพื่อเติมน้ำก๊อกน้ำจากถังมีระยะทางมากกว่าสิบเมตรมักจะต้องวิ่งหลายครั้งเพื่อเพิ่มน้ำเพียงพอ เป็นถังที่ใช้เวลาน้อยลงบวกกับความเร็วของน้ำก็เร็วเช่นกัน แต่จะมอบให้กับถังหลายครั้งเพื่อเพิ่มการล้นของน้ำเปียกโดยไม่ตั้งใจสองสามครั้ง Xiaoming และ การระดมสมองฉันไม่ได้ใช้กระบวยไม่ใช่ถังชายชราที่มีอ่างลงหลายครั้งพบว่ามันถูกต้องไม่ต้องวิ่งหลายครั้งเกินไปและจะไม่ปล่อยให้น้ำล้น ฉันพบว่ามันถูกต้องฉันไม่ต้องวิ่งหลายครั้งเกินไปและฉันก็ไม่ปล่อยให้น้ำล้น เวลาตรวจสอบนี้เรียกว่าระยะเวลาการสุ่มตัวอย่าง

ในตอนต้นของ Xiaoming ด้วยกระบวยเพื่อเติมน้ำก๊อกน้ำจากถังเก็บน้ำมีระยะทางมากกว่าสิบเมตรมักจะต้องวิ่งหลายครั้งเพื่อเพิ่มน้ำให้เพียงพอ , บวกคือถังวิ่งน้อยลงความเร็วของน้ำก็เร็วขึ้น แต่จะมอบให้กับถังหลายครั้งเพื่อเพิ่มการล้นของน้ำเปียกโดยไม่ตั้งใจสองสามครั้ง Xiaoming และ การระดมสมองฉันไม่ได้ใช้กระบวยและไม่จำเป็นต้องมีถังชายชราที่มีอ่างหลายครั้งพบว่ามันถูกต้องไม่ต้องวิ่งหลายครั้งเกินไปก็จะไม่ปล่อยให้น้ำ ล้น ฉันไม่จำเป็นต้องวิ่งหลายครั้งเกินไปและฉันไม่ต้องการให้น้ำล้น ขนาดของเครื่องมือนี้สำหรับการเพิ่มน้ำเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน

Xiaoming ยังพบว่าแม้ว่าน้ำจะไม่ล้น แต่บางครั้งมันก็สูงกว่าตำแหน่งที่ต้องการและยังคงมีอันตรายจากการเปียกรองเท้าของเขา เขาหาวิธีติดตั้งช่องทางบนถังเก็บน้ำทุกครั้งที่คุณเติมน้ำจะไม่เทลงในถังโดยตรง แต่เทลงในช่องทางเพื่อให้มันค่อยๆเพิ่มขึ้น ปัญหาล้นปัญหานี้แก้ไขได้ แต่ความเร็วในการเพิ่มน้ำและช้าและบางครั้งก็ไม่สามารถติดตามความเร็วของการรั่วไหลได้ ดังนั้นเขาจึงพยายามเปลี่ยนช่องทางที่มีขนาดและเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกันเพื่อควบคุมความเร็วในการเติมน้ำและในที่สุดก็พบช่องทางที่น่าพอใจ เวลาของช่องทางเรียกว่าเวลาอินทิกรัล

ในที่สุด Xiaoming ก็ถอนหายใจด้วยความโล่งอก แต่ข้อกำหนดของงานที่เข้มงวดอย่างกะทันหันความตรงตามข้อกำหนดการควบคุมระดับน้ำดีขึ้นอย่างมากเมื่อระดับน้ำต่ำเกินไปคุณต้องเติมน้ำลงในตำแหน่งที่ต้องการทันทีและไม่สามารถทำได้ สูงขึ้นมากเกินไปหรือไม่จ่ายค่าจ้าง Xiaoming อีกครั้งยาก! ดังนั้นเขาจึงเปิดสมองของเขาในที่สุดก็ปล่อยให้มันคิดว่ามักจะใส่หม้อน้ำอะไหล่ไว้ที่ด้านข้างเมื่อระดับน้ำถูกพบว่าต่ำไม่ใช่ผ่านช่องทางคือหม้อน้ำลง รับประกันได้ แต่บางครั้งระดับน้ำจะสูงขึ้นมาก นอกจากนี้เขายังขอตำแหน่งของพื้นผิวน้ำเหนือจุดหนึ่งจะถูกสกัดรูในน้ำจากนั้นเชื่อมต่อท่อที่ด้านล่างของถังสำรองเพื่อให้น้ำมากขึ้นจะรั่วไหลออกมาจากด้านบนของหลุม ความเร็วที่น้ำนี้รั่วไหลออกมาเรียกว่าเวลาที่แตกต่างกัน

เรื่องราวของการทดลองของหมิงนั้นเป็นอิสระทีละขั้นตอน แต่เครื่องมือน้ำจริงความสามารถในการใช้ช่องทางช่องทางขนาดของรูล้นในเวลาเดียวกันจะส่งผลกระทบต่อความเร็วของน้ำขนาดของระดับน้ำ overshoot ทำ ด้านหลังของการทดลองมักจะต้องปรับเปลี่ยนการเปลี่ยนแปลงผลลัพธ์ของการทดลองก่อนหน้านี้

ผู้ที่มีการควบคุม PID พร้อมกาต้มน้ำไปยังถ้วยน้ำที่พิมพ์ด้วยน้ำครึ่งถ้วยหลังจากหยุด

ค่าตั้งค่า: สเกลครึ่งถ้วยของถ้วยน้ำ;

มูลค่าจริง: ปริมาณน้ำจริงในถ้วยน้ำ

ค่าเอาท์พุท: ปริมาณน้ำที่ไหลออกมาจากกาต้มน้ำและปริมาณน้ำที่ตักออกมาจากถ้วย

การวัด: ดวงตาของมนุษย์ (เทียบเท่ากับเซ็นเซอร์)

วัตถุดำเนินการ: มนุษย์

การดำเนินการเชิงบวก: เท

Counter-execution: การตัก

การควบคุมสัดส่วน 1p นั่นคือผู้คนเห็นปริมาณน้ำในถ้วยไม่ถึงระดับถ้วยน้ำครึ่งถ้วยตามปริมาณน้ำจากกาต้มน้ำในกษัตริย์แห่งถ้วยน้ำที่เทหรือปริมาณของปริมาณ น้ำในถ้วยน้ำเหนือเครื่องชั่งด้วยน้ำจำนวนหนึ่งจากถ้วยน้ำที่ตักออกมาการกระทำนี้อาจส่งผลให้น้อยกว่าครึ่งถ้วยหรือมากกว่าครึ่งถ้วยต่อถ้วยเมื่อหยุด

หมายเหตุ: การควบคุมสัดส่วนเป็นหนึ่งในวิธีการควบคุมที่ง่ายที่สุด เอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์เป็นสัดส่วนกับสัญญาณข้อผิดพลาดอินพุต ข้อผิดพลาดคงที่สถานะอยู่ในเอาต์พุตระบบเมื่อมีการควบคุมสัดส่วนเท่านั้น

2PI อินทิกรัลควบคุมนั่นคือตามปริมาณน้ำในถ้วยน้ำหากคุณพบว่าปริมาณน้ำในถ้วยไม่มีขนาดคุณจะเทและพบว่าปริมาณน้ำมากขึ้น มากกว่าครึ่งถ้วยน้ำตักจากถ้วยไปด้านนอกแล้วไม่เพียงพอที่จะเทน้ำและตักมากขึ้นจนกระทั่งปริมาณน้ำถึงสเกล

หมายเหตุ: ในการควบคุมอินทิกรัล I เอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์เป็นสัดส่วนกับอินทิกรัลของสัญญาณข้อผิดพลาดอินพุต สำหรับระบบควบคุมอัตโนมัติหากมีข้อผิดพลาดสถานะคงที่หลังจากเข้าสู่สถานะคงที่ระบบควบคุมจะมีข้อผิดพลาดสถานะคงที่หรือเพียงแค่ระบบที่มีข้อผิดพลาดคงที่ (ระบบที่มีข้อผิดพลาดคงที่สถานะ) เพื่อที่จะกำจัดข้อผิดพลาดสถานะคงที่จะต้องมีการแนะนำ "คำศัพท์อินทิกรัล" ลงในคอนโทรลเลอร์ คำศัพท์อินทิกรัลรวมข้อผิดพลาดขึ้นอยู่กับเวลาและเพิ่มขึ้นตามเวลา ดังนั้นแม้ว่าข้อผิดพลาดจะมีขนาดเล็กคำศัพท์อินทิกรัลจะเพิ่มขึ้นตามเวลาและมันขับเคลื่อนเอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์เพื่อเพิ่มขึ้นเพื่อให้ข้อผิดพลาดสถานะคงที่จะลดลงอีกจนกว่าจะเท่ากับศูนย์ ดังนั้นตัวควบคุมสัดส่วน + อินทิกรัล (PI) จึงช่วยให้ระบบสามารถป้อนสถานะคงที่โดยไม่มีข้อผิดพลาดสถานะคงที่

3PID การควบคุมที่แตกต่างกันคือดวงตาของมนุษย์มองไปที่ถ้วยน้ำและระยะทางจากเครื่องชั่งเมื่อช่องว่างมีขนาดใหญ่มากกาต้มน้ำที่มีน้ำปริมาณมากที่จะเทเมื่อผู้คนเห็นปริมาณน้ำเป็นปริมาณ ใกล้กับเครื่องชั่งลดปริมาณน้ำของกาต้มน้ำและเข้าใกล้เครื่องชั่งอย่างช้าๆจนกระทั่งมันหยุดอยู่ในถ้วยของเครื่องชั่ง หากน้ำหยุดที่ตำแหน่งที่แน่นอนของเครื่องชั่งจะไม่มีการควบคุมแบบคงที่ ถ้ามันหยุดใกล้กับเครื่องชั่งจะมีการควบคุมความแตกต่างแบบคงที่

หมายเหตุ: ในการควบคุมที่แตกต่าง D, เอาต์พุตของคอนโทรลเลอร์เป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของสัญญาณข้อผิดพลาดอินพุต (เช่นอัตราการเปลี่ยนแปลงของข้อผิดพลาด)

ในการปฏิบัติทางวิศวกรรมกฎหมายควบคุมการควบคุมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับสัดส่วนการควบคุมที่แตกต่างกันเรียกว่าการควบคุม PID หรือที่รู้จักกันในชื่อการควบคุม PID คอนโทรลเลอร์ PID ได้รับการแนะนำเกือบ 70 ปีของประวัติศาสตร์มันเป็นโครงสร้างที่เรียบง่ายเสถียรภาพที่ดี เชื่อถือได้ง่ายต่อการปรับและกลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีหลักของการควบคุมอุตสาหกรรม

เมื่อโครงสร้างและพารามิเตอร์ของวัตถุที่ควบคุมไม่สามารถควบคุมได้อย่างสมบูรณ์หรือไม่สามารถเข้าถึงแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำทฤษฎีการควบคุมของเทคโนโลยีอื่น ๆ นั้นยากที่จะใช้โครงสร้างและพารามิเตอร์ของตัวควบคุมระบบจะต้องพึ่งพาประสบการณ์และการดีบักภาคสนาม ในการพิจารณาเมื่อการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการควบคุม PID นั้นสะดวกที่สุด

ตัวควบคุม PID

ตัวควบคุม PID มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมกระบวนการอุตสาหกรรม ประมาณ 95% ของการดำเนินการวงปิดในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมใช้ตัวควบคุม PID คอนโทรลเลอร์ถูกรวมเข้าด้วยกันในลักษณะที่สร้างสัญญาณควบคุม ในฐานะที่เป็นตัวควบคุมข้อเสนอแนะจะส่งเอาต์พุตควบคุมไปยังระดับที่ต้องการ ก่อนที่จะประดิษฐ์ไมโครโปรเซสเซอร์อิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อกใช้การควบคุม PID แต่วันนี้ตัวควบคุม PID ทั้งหมดได้รับการจัดการโดยไมโครโปรเซสเซอร์ ตัวควบคุมตรรกะที่ตั้งโปรแกรมได้ยังมีคำแนะนำในตัวควบคุม PID ในตัว

ด้วยการใช้คอนโทรลเลอร์การสลับแบบง่ายต้นทุนต่ำจะมีเพียงสองสถานะการควบคุมเท่านั้นเช่นเปิดเต็มหรือเต็ม มันถูกใช้สำหรับแอปพลิเคชันควบคุมที่ จำกัด ซึ่งสถานะการควบคุมทั้งสองนี้เพียงพอที่จะควบคุมเป้าหมาย อย่างไรก็ตามลักษณะการแกว่งของการควบคุมนี้ จำกัด การใช้งานและดังนั้นจึงถูกแทนที่ด้วยตัวควบคุม PID

ตัวควบคุม PID รักษาเอาต์พุตเพื่อให้ไม่มีข้อผิดพลาดเป็นศูนย์ระหว่างตัวแปรกระบวนการและ setpoint/output ที่ต้องการผ่านการทำงานแบบวงปิด PID ใช้พฤติกรรมการควบคุมพื้นฐานสามพฤติกรรมซึ่งอธิบายไว้ด้านล่าง

P-Controller:

สัดส่วนหรือ p-controller ให้เอาต์พุตตามสัดส่วนกับข้อผิดพลาดปัจจุบัน e (t) มันเปรียบเทียบค่าที่ต้องการหรือตั้งค่ากับค่ากระบวนการจริงหรือค่าตอบรับ ข้อผิดพลาดที่ได้รับจะถูกคูณด้วยค่าคงที่สัดส่วนเพื่อรับเอาต์พุต หากค่าข้อผิดพลาดเป็นศูนย์เอาต์พุตคอนโทรลเลอร์นี้เป็นศูนย์

คอนโทรลเลอร์นี้จะต้องมีอคติหรือรีเซ็ตด้วยตนเองเมื่อใช้ด้วยตัวเอง นี่เป็นเพราะมันไม่เคยมาถึงสภาวะที่มั่นคง มันให้การทำงานที่มั่นคง แต่มักจะรักษาข้อผิดพลาดสถานะคงที่ เมื่อค่าคงที่ของสัดส่วน KC เพิ่มขึ้นความเร็วในการตอบสนองจะเพิ่มขึ้น

I-Controller

เนื่องจาก P-controller มีความเบี่ยงเบนระหว่างตัวแปรกระบวนการและจุดที่ตั้งไว้เสมอจึงจำเป็นต้องใช้ I-controller ซึ่งให้การดำเนินการที่จำเป็นเพื่อกำจัดข้อผิดพลาดสถานะคงที่ มันรวมข้อผิดพลาดเป็นระยะเวลาจนกว่าค่าความผิดพลาดจะถึงศูนย์ มันรักษาค่าของข้อผิดพลาดเป็นศูนย์สำหรับชุดควบคุมสุดท้าย

เมื่อเกิดข้อผิดพลาดเชิงลบการควบคุมแบบอินทิกรัลจะลดเอาต์พุต มัน จำกัด ความเร็วของการตอบสนองและมีผลต่อความเสถียรของระบบ ความเร็วของการตอบสนองเพิ่มขึ้นโดยการลดอัตราการเพิ่มขึ้นของ KI

ในรูปด้านบนข้อผิดพลาดสถานะคงที่ลดลงเมื่อกำไรของคอนโทรลเลอร์ I ลดลง ส่วนใหญ่ตัวควบคุม PI มีประโยชน์อย่างยิ่งในสถานการณ์ที่ไม่จำเป็นต้องตอบสนองความเร็วสูง

เมื่อมีการใช้คอนโทรลเลอร์ PI เอาท์พุท I-controller จะถูก จำกัด ไว้ที่ระดับที่เอาชนะความอิ่มตัวของอินทิกรัลซึ่งเอาต์พุตอินทิกรัลจะถูกผลักดันแม้ว่าสถานะข้อผิดพลาดที่เป็นศูนย์จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากเงื่อนไขของความไม่เชิงเส้นในพืชดังกล่าว

D-Controller

i-controller ไม่มีความสามารถในการทำนายพฤติกรรมที่ผิดในอนาคต ดังนั้นมันจะทำปฏิกิริยาตามปกติเมื่อจุดที่กำหนดเปลี่ยนไป D-controller เอาชนะปัญหานี้โดยการทำนายพฤติกรรมในอนาคตที่ผิดพลาด เอาต์พุตขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของข้อผิดพลาดเมื่อเทียบกับเวลาคูณด้วยค่าคงที่ที่แตกต่างกัน มันให้การเริ่มต้นไปยังผลลัพธ์ที่เพิ่มการตอบสนองของระบบ

ในรูปด้านบนคอนโทรลเลอร์ D มีการตอบสนองมากกว่าคอนโทรลเลอร์ PI และเวลาในการสะสมของเอาต์พุตจะลดลง มันปรับปรุงความเสถียรของระบบโดยการชดเชยความล่าช้าเฟสที่เกิดจากคอนโทรลเลอร์ I การเพิ่มกำไรที่แตกต่างจะปรับปรุงการตอบสนอง
 

บทบาทของคอนโทรลเลอร์ PID

บทบาทของกฎระเบียบตามสัดส่วน

การตอบสนองตามสัดส่วนต่อการเบี่ยงเบนของระบบเมื่อระบบเบี่ยงเบนกฎระเบียบตามสัดส่วนจะสร้างกฎระเบียบทันทีเพื่อลดการเบี่ยงเบน สัดส่วนขนาดใหญ่สามารถเพิ่มความเร็วในการปรับและลดข้อผิดพลาด แต่สัดส่วนที่มีขนาดใหญ่เกินไปทำให้ความเสถียรของระบบลดลงและทำให้เกิดความไม่แน่นอนของระบบ

กฎระเบียบ

มันทำให้ระบบกำจัดข้อผิดพลาดสถานะคงที่และปรับปรุงระดับของการไม่แตกต่าง เนื่องจากมีข้อผิดพลาดกฎระเบียบที่สำคัญจะดำเนินการจนกว่าจะไม่มีความแตกต่างกฎระเบียบจะหยุดลงและกฎระเบียบที่สำคัญจะส่งออกค่าคงที่ ความแข็งแรงของเอฟเฟกต์อินทิกรัลขึ้นอยู่กับค่าคงที่เวลาอินทิกรัล TI TI ที่เล็กกว่าคือเอฟเฟกต์อินทิกรัลที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น ในทางตรงกันข้ามถ้า TI มีขนาดใหญ่เอฟเฟกต์อินทิกรัลนั้นอ่อนแอและการเพิ่มกฎระเบียบที่สำคัญสามารถทำให้ความมั่นคงของระบบลดลงและการตอบสนองแบบไดนามิกจะช้าลง

กฎระเบียบที่แตกต่างกัน

การกระทำที่แตกต่างกันสะท้อนให้เห็นถึงอัตราการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณการเบี่ยงเบนของระบบด้วยความสามารถในการคาดการณ์ได้สามารถคาดการณ์แนวโน้มของการเปลี่ยนแปลงการเบี่ยงเบนดังนั้นจึงสามารถสร้างบทบาทก่อนการควบคุมในการเบี่ยงเบนไม่ได้เกิดขึ้นก่อนหน้านี้ได้ถูกกำจัดโดยกฎระเบียบที่แตกต่างกัน การกระทำที่แตกต่างกันเกี่ยวกับสัญญาณรบกวนมีผลกระทบต่อการขยายดังนั้นจึงแข็งแกร่งเกินไปบวกกับการควบคุมที่แตกต่างกันระบบไม่ดีสำหรับการต่อต้านการแทรกแซง

ทิศทางการพัฒนาแอปพลิเคชัน PID ควบคุม

ในกระบวนการผลิตเพื่อปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์เพิ่มการผลิตประหยัดวัตถุดิบการจัดการการผลิตและกระบวนการผลิตอยู่ในสภาพการทำงานที่ดีที่สุดเสมอ ดังนั้นจึงมีการผลิตวิธีการควบคุมที่ดีที่สุดซึ่งเรียกว่าการควบคุมแบบปรับตัว ในการควบคุมประเภทนี้ระบบจะต้องสามารถปรับระบบโดยอัตโนมัติตามการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ที่วัดได้สภาพแวดล้อมและค่าใช้จ่ายของวัตถุดิบเพื่อให้ระบบอยู่ในสถานะที่เหมาะสมเสมอ การควบคุมแบบปรับตัวประกอบด้วยสามองค์ประกอบ: การประมาณประสิทธิภาพ (การเลือกปฏิบัติ) การตัดสินใจและการปรับเปลี่ยน มันเป็นทิศทางการพัฒนาของระบบควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์ อย่างไรก็ตามเนื่องจากกฎหมายควบคุมนั้นยากที่จะเข้าใจดังนั้นการส่งเสริมการแก้ปัญหาบางอย่างยากที่จะแก้ปัญหา ในการควบคุม PID แบบปรับตัวมาพร้อมกับคุณสมบัติที่ชาญฉลาดเช่นสิ่งมีชีวิตสามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงในสภาพภายนอก นอกจากนี้ยังมีระบบการเรียนรู้ด้วยตนเองมันฉลาดกว่า