No sistema de controle industrial, o controlador é um dispositivo importante para realizar a regulação e controle do objeto controlado. Entre eles, o controlador proporcional-integral (PI) é um controlador comumente usado, cuja função é processar o sinal de erro através dos links proporcionais e integrais, a fim de realizar o controle preciso do objeto controlado. De acordo com os diferentes métodos de conexão de links proporcionais e integrais, os controladores PI podem ser categorizados em dois tipos: controladores PI do tipo série-e controladores PI do tipo paralelo-. Este artigo irá comparar e analisar esses dois tipos de controladores PI.
I. Controlador PI Série
O controlador série PI refere-se ao link proporcional e ao link integral em série, ou seja, o sinal de erro é processado primeiro pelo link proporcional e depois pelo link integral.
As características do controlador PI tipo série são:
1. As saídas dos links proporcionais e integrais são somadas como a saída do controlador. Portanto, a saída do controlador PI série é proporcional ao tamanho do sinal de erro e inversamente proporcional à velocidade de mudança do sinal de erro.
2. O ganho proporcional e o ganho integral do controlador PI da série podem ser ajustados de forma independente, para que possam ser ajustados de acordo com as necessidades reais.
3. A velocidade de resposta do controlador PI tipo série é mais rápida, mas há um fenômeno de overshooting. Quando o sinal de erro é grande, a saída do controlador aumentará rapidamente, resultando em uma velocidade de resposta do objeto controlado muito rápida e até mesmo no fenômeno de overshooting.
II. Controlador PI tipo paralelo
Controlador PI paralelo refere-se aos links proporcionais e integrais conectados em paralelo, ou seja, o sinal de erro é processado pelos links proporcionais e integrais ao mesmo tempo.
O controlador PI do tipo paralelo é caracterizado por:
1. As saídas dos links proporcionais e integrais são somadas como a saída do controlador. Portanto, a saída do controlador PI paralelo é proporcional ao tamanho do sinal de erro e inversamente proporcional à velocidade de mudança do sinal de erro.
2. O ganho proporcional e o ganho integral do controlador PI paralelo podem ser ajustados de forma independente, para que possam ser ajustados de acordo com as necessidades reais.
3. A velocidade de resposta do controlador PI do tipo paralelo é lenta, mas não há fenômeno de overshooting. Como os links proporcionais e integrais atuam no sinal de erro ao mesmo tempo, a saída do controlador não aumentará rapidamente, evitando a ocorrência de velocidade de resposta muito rápida e fenômeno de ultrapassagem do objeto controlado.
III. Comparação entre controlador PI tipo-série e controlador PI tipo{2}}paralelo
1. Velocidade de resposta:a velocidade de resposta do controlador PI do tipo-série é mais rápida, enquanto a velocidade de resposta do controlador PI do tipo-paralelo é mais lenta. Isso ocorre porque os links proporcionais e integrais do controlador série PI são conectados em série e o tempo de processamento do sinal de erro é menor; enquanto os links proporcionais e integrais do controlador PI paralelo são conectados em paralelo e o tempo de processamento do sinal de erro é maior.
2. Fenômeno de ultrapassagem:O controlador PI serial tem fenômeno de overshooting, enquanto o controlador PI paralelo não tem fenômeno de overshooting. Isso ocorre porque quando o ganho proporcional do controlador PI série é grande, isso levará a um rápido aumento na saída do controlador, o que fará com que a velocidade de resposta do objeto controlado seja muito rápida e ocorra o fenômeno de overshooting; e quando o ganho proporcional do controlador PI paralelo é pequeno, essa situação pode ser evitada.
3. Estabilidade:a estabilidade do controlador PI do tipo{0}}série é baixa e a estabilidade do controlador PI do tipo paralelo é melhor. Isso ocorre porque o ganho proporcional e o ganho integral do controlador PI tipo série são independentes. Quando o ganho proporcional é muito grande ou o ganho integral é muito pequeno, é fácil causar instabilidade do sistema; e o ganho proporcional do controlador PI paralelo e o ganho integral são influência mútua, podem garantir melhor a estabilidade do sistema.
4. Ajuste de parâmetros:O ganho proporcional e o ganho integral do controlador PI série podem ser ajustados de forma independente, enquanto o ganho proporcional e o ganho integral do controlador PI paralelo também podem ser ajustados de forma independente. Porém, devido à existência do fenômeno de overshooting no controlador PI série, é necessário limitar o ganho proporcional na aplicação prática; embora o controlador PI paralelo não tenha fenômeno de overshooting, pode ser mais flexível para ajustar o ganho proporcional e o ganho integral.
Em resumo, o controlador PI série e o controlador PI paralelo têm suas próprias vantagens e desvantagens. Em aplicações práticas, o tipo apropriado deve ser selecionado de acordo com as características do objeto controlado e os requisitos de controle. Se você precisar de resposta rápida e grande precisão de controle, poderá escolher o controlador PI da série; se você precisar de desempenho de controle estável e pequeno overshoot, poderá escolher o controlador PI paralelo. Além disso, o desempenho do controle pode ser melhorado ainda mais por meio de ajustes razoáveis de parâmetros e design otimizado.