Bộ điều khiển tích phân tỷ lệ vi phân là một thiết bị được lắp đặt trong các hệ thống tự động để duy trì một tham số nhất định có khả năng thay đổi.
Thoạt nhìn, mọi thứ đều khó hiểu, nhưng điều khiển PID cũng có thể được giải thích cho hình nộm, tức là những người không hoàn toàn quen thuộc với các hệ thống và thiết bị điện tử.
Nội dung
Bộ điều khiển PID là gì?
Bộ điều khiển PID là một thiết bị được tích hợp trong vòng điều khiển với phản hồi bắt buộc. Nó được thiết kế để duy trì các mức thiết lập của điểm đặt, chẳng hạn như nhiệt độ không khí.
Thiết bị cung cấp tín hiệu điều khiển hoặc đầu ra cho thiết bị điều khiển, dựa trên dữ liệu nhận được từ các cảm biến hoặc cảm biến. Bộ điều khiển có tỷ lệ chính xác cao của các quá trình nhất thời và chất lượng của nhiệm vụ.
Ba hệ số của bộ điều khiển PID và nguyên lý hoạt động
Công việc của bộ điều khiển PID là cung cấp tín hiệu đầu ra về lượng công suất cần thiết để duy trì biến điều khiển ở một mức nhất định. Để tính toán chỉ số, một công thức toán học phức tạp được sử dụng, bao gồm 3 hệ số - tỷ lệ, tích phân, vi phân.
Chúng ta hãy xem như một đối tượng điều chỉnh một thùng chứa có nước, trong đó cần phải duy trì nhiệt độ ở một mức cho trước bằng cách điều chỉnh mức độ mở của van bằng hơi nước.
Thành phần tỷ lệ xuất hiện tại thời điểm bất đồng với dữ liệu đầu vào. Nói một cách dễ hiểu, nó có vẻ như thế này - sự chênh lệch giữa nhiệt độ thực tế và nhiệt độ mong muốn được lấy nhân với hệ số điều chỉnh và thu được tín hiệu đầu ra, tín hiệu này sẽ được áp dụng cho van. Những thứ kia. ngay sau khi độ giảm xuống, quá trình làm nóng bắt đầu, chúng tăng lên trên mốc mong muốn - nó sẽ tắt hoặc thậm chí nguội đi.
Sau đó, đến thành phần tích hợp, được thiết kế để bù đắp cho tác động của môi trường hoặc các ảnh hưởng đáng lo ngại khác đối với việc duy trì nhiệt độ của chúng ta ở một mức nhất định. Vì luôn có các yếu tố bổ sung ảnh hưởng đến các thiết bị đang được điều khiển, con số này đã thay đổi theo thời gian dữ liệu nhận được để tính toán thành phần tỷ lệ. Và ảnh hưởng từ bên ngoài càng lớn thì các biến động của chỉ tiêu xảy ra càng mạnh. Tăng điện xảy ra.
Thành phần tích phân cố gắng, dựa trên các giá trị nhiệt độ trong quá khứ, để trả về giá trị của nó nếu nó đã thay đổi. Quá trình này được mô tả chi tiết hơn trong video bên dưới.
Và sau đó tín hiệu đầu ra của bộ điều chỉnh, theo hệ số, được áp dụng để tăng hoặc giảm nhiệt độ. Theo thời gian, giá trị bù cho các yếu tố bên ngoài được chọn và các bước nhảy biến mất.
Tích phân được sử dụng để loại bỏ sai số bằng cách tính sai số tĩnh. Điều chính trong quá trình này là chọn đúng hệ số, nếu không sai số (không khớp) cũng sẽ ảnh hưởng đến thành phần tích phân.
Thành phần thứ ba của PID là bộ phân biệt. Nó được thiết kế để bù đắp ảnh hưởng của sự chậm trễ xảy ra giữa tác động lên hệ thống và phản hồi. Bộ điều khiển tỷ lệ cấp nguồn cho đến khi nhiệt độ đạt mức mong muốn, nhưng khi thông tin truyền đến thiết bị, đặc biệt là ở các giá trị lớn, lỗi luôn xảy ra. Điều này có thể dẫn đến quá nóng. Sự khác biệt dự đoán những sai lệch gây ra bởi sự chậm trễ hoặc ảnh hưởng của môi trường và làm giảm trước công suất được cung cấp.
Điều chỉnh bộ điều khiển PID
Điều chỉnh bộ điều khiển PID được thực hiện bằng 2 phương pháp:
- Tổng hợp bao hàm việc tính toán các tham số dựa trên mô hình của hệ thống. Cài đặt này là chính xác, nhưng yêu cầu kiến thức sâu sắc về lý thuyết điều khiển tự động. Nó chỉ dành cho các kỹ sư và nhà khoa học. Vì nó là cần thiết để loại bỏ các đặc tính tiêu thụ và thực hiện một loạt các tính toán.
- Phương pháp thủ công dựa trên thử và sai. Để làm điều này, dữ liệu của một hệ thống đã hoàn thiện được lấy làm cơ sở, một số điều chỉnh được thực hiện đối với một hoặc nhiều hệ số của bộ điều chỉnh. Sau khi bật và quan sát kết quả cuối cùng, các thông số được thay đổi theo đúng hướng. Và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi đạt được mức hiệu suất mong muốn.
Phương pháp phân tích và điều chỉnh lý thuyết hiếm khi được sử dụng trong thực tế, đó là do không biết các đặc tính của đối tượng điều khiển và một loạt các ảnh hưởng đáng lo ngại có thể xảy ra. Phương pháp thực nghiệm dựa trên việc giám sát hệ thống phổ biến hơn.
Các quy trình tự động hiện đại được thực hiện dưới dạng các mô-đun chuyên biệt dưới sự điều khiển của các chương trình điều chỉnh hệ số của bộ điều chỉnh.
Mục đích của bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID được thiết kế để duy trì một giá trị nhất định ở mức yêu cầu - nhiệt độ, áp suất, mức trong bồn chứa, lưu lượng trong đường ống, nồng độ của thứ gì đó, v.v., bằng cách thay đổi hành động điều khiển trên cơ cấu chấp hành, chẳng hạn như van điều khiển tự động, sử dụng một đại lượng tỷ lệ, tích phân, phân biệt cho cài đặt của nó.
Mục đích sử dụng là thu được tín hiệu điều khiển chính xác có khả năng điều khiển các ngành công nghiệp lớn và thậm chí cả các lò phản ứng của nhà máy điện.
Ví dụ kiểm soát nhiệt độ
Thường thì bộ điều khiển PID được sử dụng để kiểm soát nhiệt độ, chúng ta hãy lấy một ví dụ đơn giản về việc đun nóng nước trong bể và xem xét quá trình tự động này.
Chất lỏng được đổ vào thùng chứa, chất lỏng này phải được làm nóng đến nhiệt độ mong muốn và duy trì ở mức cho trước. Một cảm biến nhiệt độ được lắp bên trong bể - cặp nhiệt điện hoặc Điện trở kế và được kết nối trực tiếp với bộ điều khiển PID.
Để làm nóng chất lỏng, chúng tôi sẽ cung cấp hơi nước, như trong hình dưới đây, bằng một van điều khiển tự động. Bản thân van nhận tín hiệu từ bộ điều chỉnh.Người vận hành nhập giá trị điểm đặt nhiệt độ trong bộ điều khiển PID, giá trị này phải được duy trì trong bể.
Nếu hệ số bộ điều khiển không được đặt chính xác, nhiệt độ nước sẽ xảy ra, với van mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn. Trong trường hợp này, cần phải tính toán các hệ số của bộ điều khiển PID và nhập lại chúng. Nếu mọi thứ được thực hiện một cách chính xác, sau một thời gian ngắn hệ thống sẽ hoàn thành quá trình và nhiệt độ trong bình sẽ được duy trì ở một mức cho trước, trong khi mức độ mở của van điều khiển sẽ ở vị trí chính giữa.
Các bài tương tự:
