Primeiro, introdução
No moderno sistema de controle de automação industrial, o controlador PID (proporcional-integral diferencial) é sem dúvida um dos algoritmos de controle mais comuns e importantes. Controle e assim por diante, devido às suas características simples, práticas e robustas. Neste artigo, o conceito básico de controlador PID, princípio de trabalho, papel e as vantagens e desafios em aplicações práticas são descritas em detalhes.
Segundo, o conceito básico de controlador PID
O controlador PID, conhecido como controlador derivado proporcional-integral, é um algoritmo de controle baseado em desvio. Deriva a quantidade de controle através de operações proporcionais, integrais e diferenciais no desvio do sistema e, em seguida, controla o objeto controlado. A idéia principal do controlador PID é prever o estado futuro com base no estado atual do sistema (ou seja, desvio) e o estado passado (ou seja, integrante e diferencial do desvio) e ajuste a quantidade de controle de acordo para tornar a saída do sistema rastrear o valor definido de maneira rápida e precisa.
Terceiro, o princípio de trabalho do controlador PID
O princípio de trabalho do controlador PID pode ser resumido nas etapas a seguir:
Controle proporcional (P):O controle proporcional é a base do controlador PID, que ajusta diretamente a quantidade de controle de acordo com o tamanho do desvio do sistema. Quanto maior o desvio, mais a quantidade de controle é ajustada; Quanto menor o desvio, menor a quantidade de controle é ajustada. O controle proporcional pode responder rapidamente aos desvios do sistema, mas há um erro de estado estacionário.
Controle integral (i):O controle integral é introduzido para eliminar o erro de estado estacionário. Ele realiza uma operação integral no desvio para derivar um termo integral proporcional à duração do desvio e o adiciona à quantidade de controle. O controle integral pode reduzir gradualmente o erro de estado estacionário, mas também pode resultar em uma resposta mais lenta do sistema ou saturação integral.
Controle diferencial (D):O controle diferencial é introduzido para melhorar o desempenho dinâmico do sistema. Ele funciona diferenciando o desvio para derivar um termo diferencial proporcional à taxa de mudança do desvio e adicioná -lo à quantidade de controle. O controle diferencial pode prever a tendência do desvio do sistema e ajustar a quantidade de controle com antecedência, acelerando assim a resposta do sistema e reduzindo a quantidade de superação.
A quantidade de controle do controlador PID consiste em termos proporcionais, integrais e diferenciais, e sua expressão matemática é:
u (t)=kp * e (t) + ki * ∫e (t) dt + kd * de (t)/dt
Onde, u (t) é a quantidade de controle, o KP é o coeficiente proporcional, o ki é o coeficiente integral, KD é o coeficiente diferencial e E (t) é o desvio do sistema.
Quarto, o papel do controlador PID
O controlador PID tem um papel importante no sistema de controle de automação industrial, refletido principalmente nos seguintes aspectos:
Melhorar a precisão do sistema:Controlador PID através do desvio do sistema para controle preciso, para que a saída do sistema possa rastrear com rapidez e precisão o valor definido, melhorando assim a precisão do sistema.
Melhorar o desempenho dinâmico do sistema:Ao introduzir controle diferencial, o controlador PID é capaz de prever a tendência do desvio do sistema e ajustar a quantidade de controle com antecedência, acelerando assim a velocidade de resposta do sistema e reduzindo a quantidade de superação. Ao mesmo tempo, ajustando os coeficientes proporcionais, integrais e diferenciais, o desempenho dinâmico do sistema pode ser otimizado.
Elimine o erro de estado estacionário:O controlador PID pode reduzir gradualmente o erro de estado estacionário, introduzindo controle integral, para que a saída do sistema seja estabilizada perto do valor definido.
Simplifique o design do sistema:O controlador PID possui uma estrutura simples, fácil de implementar e pode ser facilmente incorporada em vários sistemas de controle. Ao mesmo tempo, o controlador PID tem forte robustez e pode se adaptar a diferentes ambientes de trabalho e alterações de carga.
Quinto, a aplicação prática e vantagens do controlador PID
O controlador PID possui uma ampla gama de aplicações práticas, incluindo controle de temperatura, controle de pressão, controle de fluxo, controle de nível de líquido e assim por diante. Nessas aplicações, os controladores PID podem efetivamente aumentar a precisão do sistema, melhorar o desempenho dinâmico do sistema, eliminar erros de estado estacionário e simplificar o design do sistema. Comparado com outros algoritmos de controle, o PID Controller tem as seguintes vantagens:
Forte generalidade:O controlador PID é aplicável a uma variedade de sistemas lineares e alguns sistemas não lineares, sem a necessidade de modelagem precisa do modelo do sistema.
Depuração conveniente:Os parâmetros do controlador PID (coeficiente proporcional, coeficiente integral, coeficiente diferencial) podem ser depurados e otimizados por experimento ou simulação, e o processo de depuração é simples e conveniente.
Forte robustez:O controlador PID possui forte capacidade anti-interferência e robustez, pode se adaptar a diferentes ambientes de trabalho e alterações de carga.
Baixo custo: o custo da implementação do controlador PID é relativamente baixo, pode ser amplamente utilizado em uma variedade de sistema de controle de automação industrial.
Sexto, desafios e melhorias do controlador PID
Embora o controlador PID tenha muitas vantagens e seja amplamente utilizado, existem alguns desafios e espaço para melhorias nas aplicações práticas. Por exemplo, o ajuste do parâmetro dos controladores PID requer alguma experiência e habilidade, e diferentes sistemas podem exigir diferentes configurações de parâmetros; Ao mesmo tempo, o efeito de controle dos controladores de PID para sistemas não lineares e de variáveis no tempo pode ser menor do que o ideal. Para superar esses desafios, os pesquisadores propuseram muitos controladores de PID aprimorados, como controladores de PID difusos, controladores de PID de rede neural etc., que são melhor adaptados às necessidades de controle de sistemas não lineares e de variários no tempo.
Conclusão
Como um dos algoritmos de controle mais importantes nos sistemas de controle de automação industrial, o PID Controller possui uma ampla gama de aplicações e vantagens significativas. Ao entender o conceito básico, o princípio de trabalho e o mecanismo do controlador PID, podemos dominar melhor seus métodos de depuração e estratégias de otimização em aplicações práticas. Ao mesmo tempo, também devemos prestar atenção aos desafios e ao espaço de melhoria do controlador PID e explorar constantemente novos algoritmos de controle e meios técnicos para melhorar o desempenho e a confiabilidade do sistema de controle de automação industrial.