Kako radi PID regulator?

PID regulator, što je skraćenica za proporcionalni - integralni - derivacijski regulator, kamen je temeljac na području sustava upravljanja. Kao dobavljač sustava upravljanja, iz prve sam ruke svjedočio transformativnoj moći PID regulatora u raznim primjenama. U ovom blogu istražit ću kako PID regulator radi, njegove komponente i njegov značaj u modernim sustavima upravljanja.

Osnove sustava upravljanja

Prije nego što uđemo u detalje PID regulatora, ukratko razumijmo koncept regulacijskih sustava. Kontrolni sustav dizajniran je za upravljanje, zapovijedanje, usmjeravanje ili reguliranje ponašanja drugih uređaja ili sustava. U industrijskoj i kućnoj automatizaciji, kontrolni sustavi koriste se za održavanje željenih uvjeta kao što su temperatura, tlak, brzina i položaj.

Kako radi PID regulator

PID regulator kontinuirano izračunava vrijednost pogreške kao razliku između željene zadane vrijednosti i izmjerene procesne varijable. Na temelju ove pogreške, regulator prilagođava upravljački izlaz kako bi smanjio pogrešku tijekom vremena. Izlaz PID regulatora određuju tri glavne komponente: proporcionalni član, integralni član i derivativni član.

Proporcionalni rok (P)

Proporcionalni član izravno je proporcionalan trenutnoj pogrešci. Omogućuje trenutačni odgovor na pogrešku između zadane vrijednosti i procesne varijable. Formula za proporcionalni član je:
[P = K_p \puta e(t)]
gdje je (K_p) proporcionalni dobitak, a (e(t)) pogreška u trenutku (t). Viša vrijednost (K_p) rezultirat će većim odgovorom na pogrešku, što može dovesti do bržeg ispravljanja. Međutim, ako je (K_p) prevelik, sustav može postati nestabilan i oscilirati oko zadane vrijednosti.

Integralni pojam (I)

Integralni član akumulira pogrešku tijekom vremena. Koristi se za uklanjanje pogreške u stabilnom stanju, koja je razlika između zadane vrijednosti i procesne varijable nakon što je sustav dosegao stabilno stanje. Formula za integralni član je:
[I = K_i\times\int_{0}^{t}e(\tau)d\tau]
gdje je (K_i) integralni dobitak, a integral (\int_{0}^{t}e(\tau)d\tau) predstavlja akumuliranu pogrešku od vremena (0) do (t). Integralni član nastavlja povećavati ili smanjivati ​​upravljački izlaz dok se greška ne eliminira.

Izvedeni pojam (D)

Derivacija je proporcionalna brzini promjene pogreške. Predviđa buduće ponašanje pogreške na temelju trenutne stope promjene. Formula za izvedeni pojam je:
[D = K_d\puta\frac{de(t)}{dt}]
gdje je (K_d) derivacijski dobitak, a (\frac{de(t)}{dt}) je stopa promjene pogreške u trenutku (t). Izvedeni član pomaže prigušivanju oscilacija i poboljšanju stabilnosti sustava osiguravanjem korektivne radnje prije nego što pogreška postane prevelika.

Kombinacija uvjeta

Ukupni izlaz PID regulatora je zbroj proporcionalnih, integralnih i izvedenih članova:
[u(t)=K_p\times e(t)+K_i\times\int_{0}^{t}e(\tau)d\tau + K_d\times\frac{de(t)}{dt}]
gdje je (u(t)) upravljački izlaz u trenutku (t).

Podešavanje PID regulatora

Podešavanje PID regulatora uključuje podešavanje vrijednosti (K_p), (K_i) i (K_d) kako bi se postigla željena izvedba. Postoji nekoliko metoda za podešavanje PID regulatora, uključujući Ziegler-Nicholsovu metodu, koja je popularna empirijska metoda.

Ziegler-Nicholsova metoda uključuje podešavanje (K_i = 0) i (K_d = 0) i postupno povećanje (K_p) dok sustav ne počne oscilirati. Zatim se mjere kritično pojačanje (K_{cr}) i kritično razdoblje (T_{cr}). Na temelju ovih vrijednosti, dobitci regulatora mogu se izračunati pomoću sljedećih formula:

Primjene PID regulatora

PID regulatori imaju široku primjenu u raznim industrijama i aplikacijama. U industrijskoj automatizaciji koriste se za kontrolu temperature, tlaka i protoka u kemijskim procesima. U robotici se PID regulatori koriste za kontrolu položaja i brzine robotskih ruku. U kućnoj automatizaciji, PID regulatori se mogu koristiti za kontrolu temperature i vlage u pametnim kućama.

Na primjer, u sustavu pametne kuće, PID regulator se može koristiti za regulaciju temperature. Zadana vrijednost može biti željena temperatura, a procesna varijabla može biti stvarna temperatura izmjerena senzorom temperature. PID regulator će prilagoditi izlaz na aPrijemnik motoriziranog sustavaili aMotorizirani prekidač za zastoreza održavanje željene temperature. Slično tome, u sustavu upravljanja rasvjetom, PID regulator se može koristiti za podešavanje svjetline svjetla na temelju razine ambijentalnog osvjetljenja, uz pomoćPametni kućni prekidač.

Značaj PID regulatora

Značaj PID regulatora leži u njihovoj jednostavnosti, učinkovitosti i svestranosti. Mogu se jednostavno implementirati u hardver i softver i mogu se podesiti za rad u širokom rasponu aplikacija. PID regulatori su također robusni, što znači da mogu tolerirati neke nesigurnosti i smetnje u sustavu.

Kontakt za nabavu

Ako ste zainteresirani za ugradnju PID regulatora u svoje upravljačke sustave ili trebate više informacija o našim proizvodima i uslugama, potičemo vas da se obratite za raspravu o nabavi. Naš tim stručnjaka spreman je pomoći Vam u pronalaženju najboljih rješenja za Vaše specifične potrebe.

Reference

• Åström, KJ i Hägglund, T. (2006). PID regulatori: teorija, dizajn i podešavanje. Američko društvo instrumenata.
• Dorf, RC i Bishop, RH (2017). Suvremeni sustavi upravljanja. Pearson.
• Ogata, K. (2010). Moderna upravljačka tehnika. Prentice Hall.