Regulatory PID i sterowanie PID w systemach sterowania

Sterowanie PID oznacza sterowanie proporcjonalne–całkowe–różniczkowe. Sterowanie PID to mechanizm sprzężenia zwrotnego używany w układzie sterowania. Ten rodzaj sterowania nazywany jest również trójparametrowym i jest realizowany przez regulator PID. Obliczając i kontrolując trzy parametry – proporcjonalny, całkowy i różniczkowy błąd odchylenia zmiennej procesowej od żądanej wartości ustawienia – możemy osiągnąć różne akcje sterujące dla określonego zadania.

Regulatory PID są uważane za najlepsze regulatory w rodzinie układów sterujących. Nicholas Minorsky opublikował teoretyczną analizę regulatora PID. W przypadku sterowania PID sygnał sterujący składa się z proporcjonalnego sygnału błędu dodanego do pochodnej i całki sygnału błędu. Dlatego sygnał sterujący dla sterowania PID ma postać:

Transformata Laplace'a sygnału sterującego uwzględniającego sterowanie PID ma postać

Istnieją pewne akcje sterujące, które można osiągnąć, używając dowolnych dwóch parametrów regulatora PID. Dwa parametry mogą działać, podczas gdy trzeci jest równy zero. W takim przypadku regulator PID staje się PI (proporcjonalno-całkowy), PD (proporcjonalno-różniczkowy) lub nawet P lub I. Parametr różniczkowy D odpowiada za pomiar szumów, podczas gdy parametr całkowy służy do osiągnięcia docelowej wartości systemu. Wczesne regulator PID były używane jako urządzenia mechaniczne. Były to pneumatyczne regulatory, które były sprężane powietrzem. Urządzenia mechaniczne zawierały sprężynę, dźwignię lub masę. Wiele skomplikowanych systemów elektronicznych jest wyposażonych w pętlę sterowania PID. W nowoczesnych czasach regulatory PID są używane w PLC (programowalnych logicznych regulatorach) w przemyśle. Parametry proporcjonalne, różniczkowe i całkowe mogą być wyrażone jako Kp, Kd i Ki. Wszystkie te trzy parametry mają wpływ na układ sterowania zamkniętego. Ma to wpływ na czas narastania, czas ustalania, przeciągnięcie oraz błąd stanu ustalonego.

Sterowanie PID łączy zalety akcji proporcjonalnej, różniczkowej i całkowej. Omówmy te akcje w skrócie.

Sterowanie proporcjonalne: Tutaj sygnał sterujący dla akcji sterującej w układzie sterowania jest proporcjonalny do sygnału błędu. Sygnał błędu jest różnicą między sygnałem wejściowym referencyjnym a sygnałem sprzężenia zwrotnego uzyskanym z wejścia.

Sterowanie różniczkowe: Sygnał sterujący składa się z proporcjonalnego sygnału błędu dodanego do pochodnej sygnału błędu. Dlatego sygnał sterujący dla akcji różniczkowej ma postać,

Sterowanie całkowe: Dla akcji całkowej sygnał sterujący składa się z proporcjonalnego sygnału błędu dodanego do całki sygnału błędu. Dlatego sygnał sterujący dla akcji całkowej ma postać

Regulator PID ma również pewne ograniczenia, mimo że jest jednym z najlepszych regulatorów w systemach sterowania. Sterowanie PID jest stosowane w wielu akcjach sterujących, ale nie sprawdza się dobrze w przypadku optymalnego sterowania. Główną wadą jest ścieżka sprzężenia zwrotnego. Regulator PID nie jest wyposażony w model procesu. Inne wady to liniowość systemu i czułość części różniczkowej na szum. Niewielka ilość szumu może spowodować znaczące zmiany w wyjściu.

Oświadczenie: Szacunek oryginału, dobre artykuły warto udostępniać, jak istnieje naruszenie praw autorskich proszę o usunięcie.