ตัวควบคุม PID สำหรับหุ่นคืออะไร?

ตัวควบคุมสัดส่วน-อินทิกรัลส่วนต่างคืออุปกรณ์ที่ติดตั้งในระบบอัตโนมัติเพื่อรักษาพารามิเตอร์ที่กำหนดซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้

เมื่อมองแวบแรก ทุกอย่างดูสับสน แต่การควบคุม PID ยังสามารถอธิบายสำหรับหุ่นจำลองได้ เช่น คนที่ไม่ค่อยคุ้นเคยกับระบบและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ตัวควบคุม PID คืออะไร?

ตัวควบคุม PID เป็นอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นในลูปควบคุมพร้อมข้อเสนอแนะที่จำเป็น ได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาระดับที่ตั้งไว้ เช่น อุณหภูมิของอากาศ

อุปกรณ์จ่ายสัญญาณควบคุมหรือสัญญาณเอาท์พุตไปยังอุปกรณ์ควบคุม โดยยึดตามข้อมูลที่ได้รับจากเซ็นเซอร์หรือเซ็นเซอร์ ผู้ควบคุมมีอัตราความแม่นยำสูงของกระบวนการชั่วคราวและคุณภาพของงาน

สามค่าสัมประสิทธิ์ของตัวควบคุม PID และหลักการทำงาน

งานของตัวควบคุม PID คือการให้สัญญาณเอาท์พุตของปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการรักษาตัวแปรควบคุมให้อยู่ในระดับที่กำหนด ในการคำนวณตัวบ่งชี้จะใช้สูตรทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งรวมถึง 3 ค่าสัมประสิทธิ์ - สัดส่วน, อินทิกรัล, ดิฟเฟอเรนเชียล

ให้เราใช้เป็นวัตถุในการควบคุมภาชนะที่มีน้ำซึ่งจำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิให้อยู่ในระดับที่กำหนดโดยการปรับระดับการเปิดวาล์วด้วยไอน้ำ

องค์ประกอบตามสัดส่วนจะปรากฏขึ้นในขณะที่ไม่เห็นด้วยกับข้อมูลที่ป้อน พูดง่ายๆ ฟังดูเหมือนแบบนี้ คือ ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิจริงกับอุณหภูมิที่ต้องการ คูณด้วยค่าสัมประสิทธิ์ที่ปรับได้และได้สัญญาณเอาท์พุต ซึ่งควรใช้กับวาล์ว เหล่านั้น. ทันทีที่องศาลดลงกระบวนการให้ความร้อนจะเริ่มขึ้นเหนือเครื่องหมายที่ต้องการ - จะปิดหรือเย็นลง

ต่อมาก็มีส่วนประกอบสำคัญ ซึ่งออกแบบมาเพื่อชดเชยผลกระทบของสิ่งแวดล้อมหรืออิทธิพลรบกวนอื่นๆ ต่อการรักษาอุณหภูมิของเราให้อยู่ในระดับที่กำหนด เนื่องจากมีปัจจัยเพิ่มเติมที่ส่งผลต่ออุปกรณ์ที่ถูกควบคุมอยู่เสมอ ตัวเลขจึงเปลี่ยนแปลงไปตามเวลาที่ได้รับข้อมูลเพื่อคำนวณองค์ประกอบตามสัดส่วน และยิ่งอิทธิพลจากภายนอกมากเท่าไหร่ ความผันผวนของตัวบ่งชี้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ไฟกระชากเกิดขึ้น

ส่วนประกอบที่เป็นส่วนประกอบจะพยายามคืนค่าตามค่าอุณหภูมิที่ผ่านมา หากมีการเปลี่ยนแปลง กระบวนการนี้อธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมในวิดีโอด้านล่าง

จากนั้นสัญญาณเอาต์พุตของตัวควบคุมตามค่าสัมประสิทธิ์จะถูกนำไปใช้เพื่อเพิ่มหรือลดอุณหภูมิ เมื่อเวลาผ่านไป ค่าที่ชดเชยปัจจัยภายนอกจะถูกเลือก และการข้ามจะหายไป

อินทิกรัลใช้เพื่อขจัดข้อผิดพลาดโดยการคำนวณข้อผิดพลาดคงที่ สิ่งสำคัญในกระบวนการนี้คือการเลือกสัมประสิทธิ์ที่ถูกต้อง มิฉะนั้น ข้อผิดพลาด (ไม่ตรงกัน) จะส่งผลต่อส่วนประกอบสำคัญด้วย

องค์ประกอบที่สามของ PID คือตัวสร้างความแตกต่าง ได้รับการออกแบบมาเพื่อชดเชยอิทธิพลของความล่าช้าที่เกิดขึ้นระหว่างผลกระทบต่อระบบและผลตอบรับ ตัวควบคุมตามสัดส่วนจะจ่ายไฟจนกว่าอุณหภูมิจะถึงระดับที่ต้องการ แต่เมื่อข้อมูลส่งผ่านไปยังอุปกรณ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ค่าขนาดใหญ่ ข้อผิดพลาดมักเกิดขึ้น นี้อาจนำไปสู่ความร้อนสูงเกินไป ดิฟเฟอเรนเชียลคาดการณ์ความเบี่ยงเบนที่เกิดจากความล่าช้าหรืออิทธิพลของสิ่งแวดล้อม และลดพลังงานที่จ่ายล่วงหน้า

การปรับจูนคอนโทรลเลอร์ PID

การปรับจูนคอนโทรลเลอร์ PID ทำได้ 2 วิธี:

1. การสังเคราะห์หมายถึงการคำนวณพารามิเตอร์ตามแบบจำลองของระบบ การตั้งค่านี้มีความถูกต้อง แต่ต้องใช้ความรู้เชิงลึกเกี่ยวกับทฤษฎีการควบคุมอัตโนมัติ ขึ้นอยู่กับวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์เท่านั้น เนื่องจากจำเป็นต้องลบลักษณะการบริโภคออกและทำการคำนวณจำนวนมาก
2. วิธีการแบบแมนนวลขึ้นอยู่กับการลองผิดลองถูก ในการทำเช่นนี้ข้อมูลของระบบที่เสร็จแล้วจะถูกนำมาเป็นพื้นฐานการปรับบางอย่างจะทำกับค่าสัมประสิทธิ์ตัวควบคุมอย่างน้อยหนึ่งค่า หลังจากเปิดเครื่องและสังเกตผลลัพธ์สุดท้าย พารามิเตอร์จะเปลี่ยนไปในทิศทางที่ถูกต้อง ไปเรื่อยๆ จนถึงระดับประสิทธิภาพที่ต้องการ

วิธีเชิงทฤษฎีของการวิเคราะห์และการปรับจูนนั้นไม่ค่อยได้ใช้ในทางปฏิบัติ ซึ่งเกิดจากการเพิกเฉยต่อลักษณะของวัตถุควบคุมและอิทธิพลที่อาจรบกวนได้หลายอย่าง วิธีการทดลองตามการตรวจสอบระบบนั้นพบได้บ่อยกว่า

กระบวนการอัตโนมัติสมัยใหม่ถูกนำมาใช้เป็นโมดูลพิเศษภายใต้การควบคุมของโปรแกรมเพื่อปรับค่าสัมประสิทธิ์ของตัวควบคุม

วัตถุประสงค์ของตัวควบคุม PID

ตัวควบคุม PID ได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาค่าบางอย่างที่ระดับที่ต้องการ - อุณหภูมิ, ความดัน, ระดับในถัง, การไหลในท่อ, ความเข้มข้นของบางสิ่ง ฯลฯ โดยการเปลี่ยนการควบคุมบนแอคทูเอเตอร์ เช่น วาล์วควบคุมอัตโนมัติ โดยใช้ปริมาณตามสัดส่วน การบูรณาการ การแยกความแตกต่างสำหรับการตั้งค่า

วัตถุประสงค์ของการใช้งานคือการได้รับสัญญาณควบคุมที่แม่นยำซึ่งสามารถควบคุมอุตสาหกรรมขนาดใหญ่และแม้แต่เครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้า

ตัวอย่างการควบคุมอุณหภูมิ

มักใช้ตัวควบคุม PID เพื่อควบคุมอุณหภูมิ มาดูตัวอย่างง่ายๆ ของการทำน้ำร้อนในถังและพิจารณากระบวนการอัตโนมัตินี้

ของเหลวถูกเทลงในภาชนะซึ่งจะต้องได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ต้องการและคงไว้ในระดับที่กำหนด ติดตั้งเซ็นเซอร์อุณหภูมิภายในถัง - เทอร์โมคัปเปิล หรือ เทอร์โมมิเตอร์วัดความต้านทาน และเชื่อมต่อโดยตรงกับตัวควบคุม PID

เพื่อให้ความร้อนแก่ของเหลว เราจะจ่ายไอน้ำดังแสดงในรูปด้านล่าง โดยใช้วาล์วควบคุมอัตโนมัติ วาล์วเองรับสัญญาณจากตัวควบคุมผู้ปฏิบัติงานป้อนค่าที่ตั้งไว้ของอุณหภูมิในตัวควบคุม PID ซึ่งต้องคงอยู่ในถัง

หากไม่ได้ตั้งค่าสัมประสิทธิ์ตัวควบคุมอย่างถูกต้อง อุณหภูมิของน้ำจะกระโดด โดยวาล์วจะเปิดจนสุดหรือปิดจนสุด ในกรณีนี้ จำเป็นต้องคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ตัวควบคุม PID และป้อนใหม่อีกครั้ง หากทำทุกอย่างถูกต้อง หลังจากช่วงเวลาสั้นๆ ระบบจะออกจากกระบวนการและอุณหภูมิในถังจะคงอยู่ที่ระดับที่กำหนด ในขณะที่ระดับการเปิดวาล์วควบคุมจะอยู่ที่ตำแหน่งตรงกลาง

บทความที่คล้ายกัน: