PID Controller คืออะไร: การทำงานและการใช้งาน

ลองใช้เครื่องมือของเราเพื่อกำจัดปัญหา





ตามชื่อที่แนะนำบทความนี้จะให้แนวคิดที่ชัดเจนเกี่ยวกับโครงสร้างและการทำงานของตัวควบคุม PID อย่างไรก็ตามในรายละเอียดให้เราได้รับคำแนะนำเกี่ยวกับตัวควบคุม PID ตัวควบคุม PID พบได้ในการใช้งานที่หลากหลายสำหรับการควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรม ประมาณ 95% ของการดำเนินการวงปิดของ ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม ภาคใช้ตัวควบคุม PID PID ย่อมาจาก Proportional-Integral-Derivative ตัวควบคุมทั้งสามนี้รวมกันในลักษณะที่ทำให้เกิดสัญญาณควบคุม ในฐานะที่เป็นตัวควบคุมป้อนกลับจะให้เอาต์พุตควบคุมในระดับที่ต้องการ ก่อนที่จะมีการคิดค้นไมโครโปรเซสเซอร์การควบคุม PID ถูกนำมาใช้โดยส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อก แต่ทุกวันนี้ตัวควบคุม PID ทั้งหมดได้รับการประมวลผลโดยไมโครโปรเซสเซอร์ ตัวควบคุมลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ นอกจากนี้ยังมีคำแนะนำในตัวควบคุม PID ในตัว เนื่องจากความยืดหยุ่นและความน่าเชื่อถือของตัวควบคุม PID จึงมักใช้ในแอปพลิเคชันการควบคุมกระบวนการ

PID Controller คืออะไร?

คำว่า PID ย่อมาจากอนุพันธ์อินทิกรัลตามสัดส่วนและเป็นอุปกรณ์ชนิดหนึ่งที่ใช้ควบคุมตัวแปรกระบวนการต่างๆเช่นความดันการไหลอุณหภูมิและความเร็วในงานอุตสาหกรรม ในคอนโทรลเลอร์นี้อุปกรณ์ป้อนกลับลูปควบคุมใช้เพื่อควบคุมตัวแปรของกระบวนการทั้งหมด




การควบคุมประเภทนี้ใช้ในการขับเคลื่อนระบบไปในทิศทางของตำแหน่งวัตถุประสงค์ในระดับอื่น เกือบทุกที่สำหรับการควบคุมอุณหภูมิและใช้ในกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ระบบอัตโนมัติและสารเคมีมากมาย ในตัวควบคุมนี้ข้อเสนอแนะแบบวงปิดจะใช้เพื่อรักษาเอาต์พุตจริงจากวิธีการเช่นใกล้เคียงกับวัตถุประสงค์มิฉะนั้นจะส่งออกที่จุดแก้ไขถ้าเป็นไปได้ ในบทความนี้จะกล่าวถึงการออกแบบคอนโทรลเลอร์ PID พร้อมโหมดควบคุมที่ใช้เช่น P, I & D

ประวัติศาสตร์

ประวัติของคอนโทรลเลอร์ PID คือในปี พ.ศ. 2454 คอนโทรลเลอร์ PID ตัวแรกได้รับการพัฒนาโดย Elmer Sperry หลังจากนั้น TIC (Taylor Instrumental Company) ได้นำตัวควบคุมนิวเมติกเดิมมาใช้ซึ่งสามารถปรับแต่งได้อย่างสมบูรณ์ในปี พ.ศ. 2476 หลังจากผ่านไปสองสามปีวิศวกรควบคุมได้ลบข้อผิดพลาดของสถานะคงที่ที่พบในตัวควบคุมตามสัดส่วนผ่านการปรับค่าส่วนท้ายให้เป็นค่าเท็จบางส่วนจนกว่าข้อผิดพลาดจะไม่เป็นศูนย์



การปรับใหม่นี้รวมข้อผิดพลาดซึ่งเรียกว่าตัวควบคุมสัดส่วน - อินทิกรัล หลังจากนั้นในปี พ.ศ. 2483 ตัวควบคุม PID แบบนิวเมติกตัวแรกได้รับการพัฒนาโดยใช้อนุพันธ์เพื่อลดปัญหาการแก้ไขเกิน

ในปีพ. ศ. 2485 Ziegler & Nichols ได้แนะนำกฎการปรับแต่งเพื่อค้นหาและตั้งค่าพารามิเตอร์ที่เหมาะสมของตัวควบคุม PID โดยวิศวกร ในที่สุดตัวควบคุม PID อัตโนมัติถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมในช่วงกลางปี ​​1950


แผนภาพบล็อกตัวควบคุม PID

ระบบวงปิดเช่นตัวควบคุม PID รวมถึงระบบควบคุมป้อนกลับ ระบบนี้ประเมินตัวแปรป้อนกลับโดยใช้จุดคงที่เพื่อสร้างสัญญาณข้อผิดพลาด จากนั้นระบบจะเปลี่ยนแปลงเอาต์พุตของระบบ ขั้นตอนนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าข้อผิดพลาดจะถึงศูนย์มิฉะนั้นค่าของตัวแปรป้อนกลับจะเทียบเท่ากับจุดคงที่

คอนโทรลเลอร์นี้ให้ผลลัพธ์ที่ดีเมื่อเทียบกับคอนโทรลเลอร์ประเภทเปิด / ปิด ในคอนโทรลเลอร์ประเภทเปิด / ปิดมีเพียงสองเงื่อนไขที่สามารถใช้ได้ในการจัดการระบบ เมื่อค่าของกระบวนการต่ำกว่าจุดคงที่แล้วก็จะเปิด ในทำนองเดียวกันจะปิดเมื่อค่าสูงกว่าค่าคงที่ เอาต์พุตไม่คงที่ในคอนโทรลเลอร์ประเภทนี้และจะแกว่งบ่อยในพื้นที่ของจุดคงที่ อย่างไรก็ตามคอนโทรลเลอร์นี้มีความเสถียรและแม่นยำมากกว่าเมื่อเทียบกับคอนโทรลเลอร์ประเภทเปิด / ปิด

การทำงานของตัวควบคุม PID

การทำงานของตัวควบคุม PID

การทำงานของ PID Controller

ด้วยการใช้ตัวควบคุมเปิด - ปิดแบบธรรมดาราคาประหยัดจะมีสถานะการควบคุมเพียงสองสถานะเท่านั้นเช่นเปิดเต็มหรือปิดเต็มที่ ใช้สำหรับแอปพลิเคชันการควบคุมที่ จำกัด ซึ่งสถานะการควบคุมทั้งสองนี้เพียงพอสำหรับวัตถุประสงค์ในการควบคุม อย่างไรก็ตามลักษณะการสั่นของการควบคุมนี้จะ จำกัด การใช้งานและด้วยเหตุนี้จึงถูกแทนที่ด้วยตัวควบคุม PID

ตัวควบคุม PID จะรักษาเอาต์พุตเพื่อให้ไม่มีข้อผิดพลาดเป็นศูนย์ระหว่างตัวแปรกระบวนการและ setpoint / เอาต์พุตที่ต้องการโดยการดำเนินการลูปปิด PID ใช้พฤติกรรมการควบคุมพื้นฐานสามประการที่อธิบายไว้ด้านล่าง

P- คอนโทรลเลอร์

Proportional หรือ P- controller ให้เอาต์พุตที่เป็นสัดส่วนกับข้อผิดพลาดปัจจุบัน e (t) จะเปรียบเทียบจุดที่ต้องการหรือกำหนดกับค่าจริงหรือค่ากระบวนการป้อนกลับ ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นจะคูณด้วยค่าคงที่ตามสัดส่วนเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ หากค่าความผิดพลาดเป็นศูนย์แสดงว่าเอาต์พุตตัวควบคุมนี้เป็นศูนย์

P-controller

P-controller

ตัวควบคุมนี้ต้องการการให้น้ำหนักหรือรีเซ็ตด้วยตนเองเมื่อใช้เพียงอย่างเดียว นี่เป็นเพราะมันไม่เคยถึงสภาวะคงที่ ให้การทำงานที่เสถียร แต่รักษาข้อผิดพลาดสถานะคงที่เสมอ ความเร็วของการตอบสนองจะเพิ่มขึ้นเมื่อ Kc คงที่ตามสัดส่วนเพิ่มขึ้น

การตอบสนองของ P-Controller

การตอบสนองของ P-Controller

I-Controller

เนื่องจากข้อ จำกัด ของ p-controller ซึ่งมีการชดเชยระหว่างตัวแปรกระบวนการและ setpoint อยู่เสมอจึงจำเป็นต้องมี I-controller ซึ่งให้การดำเนินการที่จำเป็นเพื่อกำจัดข้อผิดพลาดแบบคงที่ จะรวมข้อผิดพลาดในช่วงเวลาหนึ่งจนกระทั่งค่าความผิดพลาดถึงศูนย์ มันเก็บค่าไว้ที่อุปกรณ์ควบคุมขั้นสุดท้ายที่ข้อผิดพลาดกลายเป็นศูนย์

ตัวควบคุม PI

ตัวควบคุม PI

อินทิกรัลคอนโทรลลดเอาต์พุตเมื่อเกิดข้อผิดพลาดเชิงลบ เป็นการ จำกัด ความเร็วในการตอบสนองและส่งผลต่อเสถียรภาพของระบบ ความเร็วของการตอบสนองจะเพิ่มขึ้นโดยการลดเกนหนึ่ง Ki

การตอบสนองของตัวควบคุม PI

การตอบสนองของตัวควบคุม PI

ในรูปด้านบนเมื่ออัตราขยายของ I-controller ลดลงข้อผิดพลาดสถานะคงที่ก็จะลดลงเช่นกัน สำหรับกรณีส่วนใหญ่จะใช้ตัวควบคุม PI โดยเฉพาะในกรณีที่ไม่จำเป็นต้องตอบสนองความเร็วสูง

ในขณะที่ใช้ตัวควบคุม PI เอาต์พุต I-controller จะถูก จำกัด ให้อยู่ในช่วงที่จะเอาชนะไฟล์ หนึ่งลมขึ้น เงื่อนไขที่เอาต์พุตอินทิกรัลเพิ่มขึ้นแม้ในสถานะข้อผิดพลาดเป็นศูนย์เนื่องจากความไม่เป็นเชิงเส้นในโรงงาน

D-Controller

I-controller ไม่มีความสามารถในการทำนายพฤติกรรมของข้อผิดพลาดในอนาคต ดังนั้นมันจึงตอบสนองตามปกติเมื่อ setpoint เปลี่ยนไป D-controller เอาชนะปัญหานี้โดยคาดการณ์พฤติกรรมในอนาคตของข้อผิดพลาด ผลลัพธ์ของมันขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของข้อผิดพลาดตามเวลาคูณด้วยค่าคงที่อนุพันธ์ ทำให้เริ่มเตะสำหรับเอาต์พุตซึ่งจะช่วยเพิ่มการตอบสนองของระบบ

ตัวควบคุม PID

ตัวควบคุม PID

ในการตอบสนองรูปด้านบนของ D ตัวควบคุมมีมากกว่าเมื่อเทียบกับคอนโทรลเลอร์ PI และเวลาในการจ่ายเอาต์พุตก็ลดลงด้วย ปรับปรุงเสถียรภาพของระบบโดยการชดเชยความล่าช้าของเฟสที่เกิดจาก I-controller การเพิ่มค่าอนุพันธ์เพิ่มความเร็วในการตอบสนอง

การตอบสนองของตัวควบคุม PID

การตอบสนองของตัวควบคุม PID

ในที่สุดเราก็สังเกตว่าการรวมตัวควบคุมทั้งสามนี้เข้าด้วยกันเราจะได้รับการตอบสนองที่ต้องการสำหรับระบบ ผู้ผลิตต่างออกแบบอัลกอริทึม PID ที่แตกต่างกัน

ประเภทของตัวควบคุม PID

ตัวควบคุม PID แบ่งออกเป็นสามประเภทเช่นเปิด / ปิดตัวควบคุมตามสัดส่วนและประเภทมาตรฐาน ตัวควบคุมเหล่านี้ใช้ตามระบบควบคุมผู้ใช้สามารถใช้คอนโทรลเลอร์เพื่อควบคุมวิธีการ

การควบคุมเปิด / ปิด

วิธีการควบคุมการเปิด - ปิดเป็นอุปกรณ์ประเภทที่ง่ายที่สุดที่ใช้ในการควบคุมอุณหภูมิ เอาต์พุตของอุปกรณ์อาจเปิด / ปิดโดยไม่มีสถานะกลาง คอนโทรลเลอร์นี้จะเปิดเอาท์พุททันทีที่อุณหภูมิข้ามจุดคงที่ ลิมิตคอนโทรลเลอร์คือคอนโทรลเลอร์เปิด / ปิดชนิดหนึ่งที่ใช้รีเลย์ล็อค รีเลย์นี้จะรีเซ็ตด้วยตนเองและใช้เพื่อปิดวิธีการเมื่อถึงอุณหภูมิที่กำหนด

การควบคุมตามสัดส่วน

คอนโทรลเลอร์ชนิดนี้ออกแบบมาเพื่อถอดการขี่จักรยานซึ่งเชื่อมต่อผ่านการควบคุมเปิด / ปิด ตัวควบคุม PID นี้จะลดกำลังไฟฟ้าปกติที่จ่ายให้กับฮีตเตอร์เมื่ออุณหภูมิถึงจุดคงที่

คอนโทรลเลอร์นี้มีคุณสมบัติอย่างหนึ่งในการควบคุมฮีตเตอร์เพื่อไม่ให้เกินจุดคงที่อย่างไรก็ตามจะไปถึงจุดคงที่เพื่อรักษาอุณหภูมิให้คงที่
การปรับสัดส่วนนี้สามารถทำได้โดยการเปิดและปิดเอาท์พุทสำหรับช่วงเวลาเล็ก ๆ การกำหนดสัดส่วนเวลานี้จะเปลี่ยนอัตราส่วนจากเวลาเปิดเป็นเวลาปิดเพื่อควบคุมอุณหภูมิ

ตัวควบคุม PID ชนิดมาตรฐาน

ตัวควบคุม PID ชนิดนี้จะผสานการควบคุมตามสัดส่วนผ่านการควบคุมอินทิกรัลและอนุพันธ์เพื่อช่วยให้หน่วยชดเชยการปรับเปลี่ยนภายในระบบโดยอัตโนมัติ การปรับเปลี่ยนอินทิกรัลและอนุพันธ์เหล่านี้แสดงในหน่วยตามเวลา

ตัวควบคุมเหล่านี้ยังอ้างถึงผ่านซึ่งกันและกันอัตราและรีเซ็ตตามลำดับ ข้อกำหนดของ PID จะต้องได้รับการปรับแยกต่างหากมิฉะนั้นจะปรับให้เข้ากับระบบเฉพาะที่มีการทดลองเช่นเดียวกับข้อผิดพลาด ตัวควบคุมเหล่านี้จะนำเสนอการควบคุมตัวควบคุม 3 ประเภทที่แม่นยำและมั่นคงที่สุด

ตัวควบคุม PID แบบเรียลไทม์

ในปัจจุบันมีตัวควบคุม PID หลายชนิดในตลาด ตัวควบคุมเหล่านี้ใช้สำหรับข้อกำหนดในการควบคุมอุตสาหกรรมเช่นความดันอุณหภูมิระดับและการไหล เมื่อพารามิเตอร์เหล่านี้ถูกควบคุมผ่าน PID ตัวเลือกต่างๆจะประกอบด้วยการใช้ตัวควบคุม PID แยกต่างหากหรือ PLC อย่างใดอย่างหนึ่ง
ตัวควบคุมที่แยกจากกันเหล่านี้ถูกนำไปใช้ที่ใดก็ตามที่จำเป็นต้องมีการตรวจสอบหนึ่งหรือสองลูปรวมทั้งควบคุมเป็นอย่างอื่นในเงื่อนไขที่ใดก็ตามที่มีความซับซ้อนทางด้านขวาของการเข้าสู่ระบบขนาดใหญ่

อุปกรณ์ควบคุมเหล่านี้มีทางเลือกที่แตกต่างกันสำหรับการควบคุมแบบโซโลและวงคู่ คอนโทรลเลอร์ PID ชนิดสแตนด์อโลนมีการกำหนดค่าจุดคงที่หลายแบบเพื่อสร้างสัญญาณเตือนอัตโนมัติหลายแบบ
คอนโทรลเลอร์แบบสแตนด์อโลนเหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยตัวควบคุม PID จาก Honeywell ตัวควบคุมอุณหภูมิจาก Yokogawa ตัวควบคุมอัตโนมัติจาก OMEGA ซีเมนส์และคอนโทรลเลอร์ ABB

PLC ถูกใช้เหมือนกับตัวควบคุม PID ในงานควบคุมอุตสาหกรรมส่วนใหญ่การจัดเรียงบล็อก PID สามารถทำได้ภายใน PACs หรือ PLC เพื่อให้ตัวเลือกที่เหนือกว่าสำหรับการควบคุม PLC ที่แน่นอน ตัวควบคุมเหล่านี้ฉลาดกว่าและทรงพลังเมื่อเทียบกับคอนโทรลเลอร์แยกต่างหาก PLC แต่ละตัวมีบล็อก PID ภายในการเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์

วิธีการปรับแต่ง

ก่อนที่จะทำงานของตัวควบคุม PID จะต้องได้รับการปรับแต่งให้เหมาะสมกับพลวัตของกระบวนการที่จะควบคุม นักออกแบบจะให้ค่าเริ่มต้นสำหรับคำศัพท์ P, I และ D และค่าเหล่านี้ไม่สามารถให้ประสิทธิภาพตามที่ต้องการได้และบางครั้งก็นำไปสู่ความไม่เสถียรและการควบคุมที่ช้า วิธีการปรับแต่งประเภทต่างๆได้รับการพัฒนาเพื่อปรับแต่งตัวควบคุม PID และต้องการความเอาใจใส่จากผู้ปฏิบัติงานเป็นอย่างมากในการเลือกค่าที่ดีที่สุดของกำไรตามสัดส่วนอินทิกรัลและอนุพันธ์ บางส่วนเหล่านี้ได้รับด้านล่าง

ตัวควบคุม PID ใช้ในงานอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ แต่ควรทราบการตั้งค่าของคอนโทรลเลอร์นี้เพื่อปรับให้ถูกต้องเพื่อสร้างเอาต์พุตที่ต้องการ ที่นี่การปรับจูนไม่ใช่อะไรนอกจากขั้นตอนในการรับการตอบกลับที่ดีที่สุดจากคอนโทรลเลอร์ผ่านการตั้งค่าการเพิ่มสัดส่วนที่ดีที่สุดปัจจัยเชิงปริพันธ์และอนุพันธ์

เอาต์พุตที่ต้องการของคอนโทรลเลอร์ PID สามารถรับได้โดยการปรับแต่งคอนโทรลเลอร์ มีเทคนิคต่างๆเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการจากคอนโทรลเลอร์เช่นการทดลองและข้อผิดพลาด Zeigler-Nichols และเส้นโค้งปฏิกิริยาของกระบวนการ วิธีการที่ใช้บ่อยที่สุดคือการลองผิดลองถูก Zeigler-Nichols เป็นต้น

วิธีการทดลองและข้อผิดพลาด: เป็นวิธีง่ายๆในการปรับจูนคอนโทรลเลอร์ PID ในขณะที่ระบบหรือคอนโทรลเลอร์กำลังทำงานเราสามารถปรับแต่งคอนโทรลเลอร์ได้ ในวิธีนี้อันดับแรกเราต้องตั้งค่า Ki และ Kd ให้เป็นศูนย์และเพิ่มระยะตามสัดส่วน (Kp) จนกว่าระบบจะถึงพฤติกรรมการสั่น เมื่อสั่นแล้วให้ปรับ Ki (Integral term) เพื่อให้การสั่นหยุดลงและสุดท้ายปรับ D เพื่อให้ได้การตอบสนองที่รวดเร็ว

เทคนิคการโค้งการตอบสนองของกระบวนการ: มันเป็นเทคนิคการปรับวงเปิด สร้างการตอบสนองเมื่อใช้อินพุตขั้นตอนกับระบบ ในขั้นต้นเราต้องใช้เอาต์พุตควบคุมบางอย่างกับระบบด้วยตนเองและต้องบันทึกเส้นโค้งการตอบสนอง

หลังจากนั้นเราต้องคำนวณความชันเวลาตายเวลาที่เพิ่มขึ้นของเส้นโค้งและสุดท้ายแทนที่ค่าเหล่านี้ในสมการ P, I และ D เพื่อให้ได้ค่ากำไรของเงื่อนไข PID

เส้นโค้งปฏิกิริยาของกระบวนการ

เส้นโค้งปฏิกิริยาของกระบวนการ

วิธี Zeigler-Nichols: Zeigler-Nichols เสนอวิธีวงปิดสำหรับการปรับจูนคอนโทรลเลอร์ PID นี่คือวิธีการปั่นจักรยานอย่างต่อเนื่องและวิธีการสั่นแบบหมาด ขั้นตอนของทั้งสองวิธีเหมือนกัน แต่พฤติกรรมการสั่นแตกต่างกัน ก่อนอื่นเราต้องตั้งค่าคงที่ p-controller, Kp เป็นค่าเฉพาะในขณะที่ค่า Ki และ Kd เป็นศูนย์ กำไรตามสัดส่วนจะเพิ่มขึ้นจนกว่าระบบจะแกว่งที่แอมพลิจูดคงที่

กำไรที่ระบบสร้างการสั่นคงที่เรียกว่า ultimate gain (Ku) และช่วงเวลาของการสั่นเรียกว่าช่วงเวลาสูงสุด (Pc) เมื่อถึงแล้วเราสามารถป้อนค่าของ P, I และ D ในตัวควบคุม PID โดยตาราง Zeigler-Nichols ขึ้นอยู่กับคอนโทรลเลอร์ที่ใช้เช่น P, PI หรือ PID ดังที่แสดงด้านล่าง

ตาราง Zeigler-Nichols

ตาราง Zeigler-Nichols

โครงสร้างตัวควบคุม PID

ตัวควบคุม PID ประกอบด้วยคำศัพท์สามคำ ได้แก่ การควบคุมตามสัดส่วนปริพันธ์และอนุพันธ์ การทำงานร่วมกันของตัวควบคุมทั้งสามนี้ทำให้เกิดกลยุทธ์การควบคุมสำหรับการควบคุมกระบวนการ ตัวควบคุม PID จะจัดการตัวแปรของกระบวนการเช่นความดันความเร็วอุณหภูมิการไหล ฯลฯ แอปพลิเคชันบางตัวใช้ตัวควบคุม PID ในเครือข่ายแบบเรียงซ้อนซึ่งใช้ PID ตั้งแต่สองตัวขึ้นไปเพื่อให้เกิดการควบคุม

โครงสร้างของตัวควบคุม PID

โครงสร้างของตัวควบคุม PID

รูปด้านบนแสดงโครงสร้างของตัวควบคุม PID ประกอบด้วยบล็อก PID ซึ่งให้เอาต์พุตไปยังบล็อกกระบวนการ กระบวนการ / โรงงานประกอบด้วยอุปกรณ์ควบคุมขั้นสุดท้ายเช่นแอคชูเอเตอร์วาล์วควบคุมและอุปกรณ์ควบคุมอื่น ๆ เพื่อควบคุมกระบวนการต่างๆของอุตสาหกรรม / โรงงาน

สัญญาณตอบรับจากโรงงานกระบวนการถูกเปรียบเทียบกับจุดที่กำหนดหรือสัญญาณอ้างอิง u (t) และสัญญาณข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้อง e (t) จะถูกป้อนเข้ากับอัลกอริทึม PID ตามการคำนวณการควบคุมตามสัดส่วนอินทิกรัลและอนุพันธ์ในอัลกอริทึมคอนโทรลเลอร์จะสร้างการตอบสนองแบบรวมหรือเอาต์พุตที่ควบคุมซึ่งใช้กับอุปกรณ์ควบคุมพืช

แอปพลิเคชันการควบคุมทั้งหมดไม่จำเป็นต้องมีองค์ประกอบควบคุมทั้งสามอย่าง ชุดค่าผสมเช่นการควบคุม PI และ PD มักใช้ในการใช้งานจริง

การใช้งาน

แอปพลิเคชันตัวควบคุม PID มีดังต่อไปนี้

แอปพลิเคชั่นตัวควบคุม PID ที่ดีที่สุดคือการควบคุมอุณหภูมิที่ตัวควบคุมใช้อินพุตของเซ็นเซอร์อุณหภูมิและเอาต์พุตสามารถเชื่อมโยงกับองค์ประกอบควบคุมเช่นพัดลมหรือเครื่องทำความร้อน โดยทั่วไปตัวควบคุมนี้เป็นเพียงองค์ประกอบหนึ่งในระบบควบคุมอุณหภูมิ ระบบทั้งหมดจะต้องได้รับการตรวจสอบรวมทั้งพิจารณาในขณะที่เลือกคอนโทรลเลอร์ที่เหมาะสม

การควบคุมอุณหภูมิของเตา

โดยทั่วไปเตาเผาจะใช้เพื่อรวมความร้อนและเก็บวัตถุดิบจำนวนมากที่อุณหภูมิสูง เป็นเรื่องปกติสำหรับวัสดุที่มีมวลมาก ดังนั้นจึงต้องใช้ความเฉื่อยในปริมาณสูงและอุณหภูมิของวัสดุจะไม่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วแม้ว่าจะใช้ความร้อนสูงก็ตาม คุณลักษณะนี้ส่งผลให้สัญญาณ PV มีความเสถียรปานกลางและอนุญาตให้ช่วงเวลาอนุพันธ์สามารถแก้ไขข้อบกพร่องได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากกับ FCE หรือ CO

MPPT Charge Controller

ลักษณะ V-I ของเซลล์โฟโตวอลเทอิกส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับช่วงของอุณหภูมิและการฉายรังสี ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศกระแสและแรงดันไฟฟ้าจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ดังนั้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการติดตาม PowerPoint สูงสุดของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพ ตัวควบคุม PID ใช้เพื่อค้นหา MPPT โดยให้แรงดันไฟฟ้าและจุดกระแสคงที่ไปยังตัวควบคุม PID เมื่อสภาพอากาศเปลี่ยนแปลงแล้วตัวติดตามจะรักษากระแสและแรงดันไฟฟ้าให้คงที่

ตัวแปลงไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์

เราทราบดีว่าคอนเวอร์เตอร์เป็นแอพพลิเคชั่นของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังดังนั้นตัวควบคุม PID ส่วนใหญ่จะใช้ในคอนเวอร์เตอร์ เมื่อใดก็ตามที่ตัวแปลงเชื่อมต่อกับระบบตามการเปลี่ยนแปลงภายในโหลดเอาต์พุตของตัวแปลงจะเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่นอินเวอร์เตอร์เป็นพันธมิตรกับโหลดกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่จะถูกจ่ายให้เมื่อโหลดเพิ่มขึ้น ดังนั้นพารามิเตอร์ของแรงดันและกระแสจึงไม่คงที่ แต่จะเปลี่ยนแปลงไปตามข้อกำหนด

ในสถานะนี้คอนโทรลเลอร์นี้จะสร้างสัญญาณ PWM เพื่อเปิดใช้งาน IGBT ของอินเวอร์เตอร์ จากการเปลี่ยนแปลงภายในโหลดสัญญาณตอบสนองจะถูกจัดเตรียมให้กับคอนโทรลเลอร์ PID เพื่อให้เกิดข้อผิดพลาด n สัญญาณเหล่านี้สร้างขึ้นตามสัญญาณความผิดปกติ ในสถานะนี้เราสามารถรับอินพุตและเอาต์พุตที่เปลี่ยนแปลงได้ผ่านอินเวอร์เตอร์ที่คล้ายกัน

การใช้ PID Controller: การควบคุมวงปิดสำหรับมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน

การเชื่อมต่อตัวควบคุม PID

การออกแบบและการเชื่อมต่อของคอนโทรลเลอร์ PID สามารถทำได้โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino ในห้องปฏิบัติการคอนโทรลเลอร์ PID ที่ใช้ Arduino ได้รับการออกแบบโดยใช้บอร์ด Arduino UNO ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เครื่องทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกในขณะที่ภาษาโปรแกรมซอฟต์แวร์ที่ใช้ในระบบนี้คือ C หรือ C ++ ระบบนี้ใช้เพื่อควบคุมอุณหภูมิภายในห้องปฏิบัติการ

พบพารามิเตอร์ของ PID สำหรับคอนโทรลเลอร์เฉพาะทางกายภาพ ฟังก์ชันของพารามิเตอร์ PID ต่างๆสามารถใช้งานได้ผ่านความเปรียบต่างที่ตามมาระหว่างตัวควบคุมรูปแบบต่างๆ
ระบบเชื่อมต่อนี้สามารถคำนวณอุณหภูมิได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยมีข้อผิดพลาด± 0.6 ℃ในขณะที่อุณหภูมิคงที่ควบคุมผ่านความแตกต่างเพียงเล็กน้อยจากค่าที่ต้องการจะบรรลุได้ แนวคิดที่ใช้ในระบบนี้จะให้เทคนิคราคาไม่แพงและแน่นอนในการจัดการพารามิเตอร์ทางกายภาพในช่วงที่ต้องการภายในห้องปฏิบัติการ

ดังนั้นบทความนี้จะกล่าวถึงภาพรวมของคอนโทรลเลอร์ PID ซึ่งรวมถึงประวัติแผนภาพบล็อกโครงสร้างประเภทการทำงานวิธีการปรับแต่งการเชื่อมต่อข้อดีและการใช้งาน เราหวังว่าเราจะสามารถให้ความรู้พื้นฐานที่แม่นยำเกี่ยวกับตัวควบคุม PID ได้ นี่เป็นคำถามง่ายๆสำหรับคุณทุกคน ในบรรดาวิธีการปรับแต่งที่แตกต่างกันวิธีใดที่ควรใช้เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดของคอนโทรลเลอร์ PID และเพราะเหตุใด

คุณต้องกรุณาให้คำตอบของคุณในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง

เครดิตภาพ

แผนภาพบล็อกคอนโทรลเลอร์ PID โดย วิกิมีเดีย
โครงสร้างตัวควบคุม PID, ตัวควบคุม P, การตอบสนองของตัวควบคุม P และตัวควบคุม PID โดย blog.opticontrols
P - การตอบสนองของคอนโทรลเลอร์โดย controls.engin.umich
PI- การตอบสนองของคอนโทรลเลอร์โดย ม. กิน
การตอบสนองของตัวควบคุม PID โดย วิกิมีเดีย
Zeigler-Nichols ตารางโดย controls.engin