מהו בקר PID?

PID (מהנגזרת P- ​​פרופורציונלית, אינטגרלית, נגזרת D) - ווסת הוא מכשיר המשמש לולאות בקרה המצוידות בקישור משוב. בקרים אלה משמשים ליצירת אות בקרה במערכות אוטומטיות בהן יש צורך להשיג דרישות גבוהות לאיכות ודיוק המעברים.

אות השליטה של ​​בקר ה- PID מתקבל על ידי הוספת שלושה רכיבים: הראשון הוא ביחס לערך של אות השגיאה, השני הוא האינטגרל של אות השגיאה, והשלישי הוא הנגזרת שלו. אם אחד משלושת המרכיבים הללו לא נכלל בתהליך ההוספה, אז הבקר כבר לא יהיה PID, אלא פשוט פרופורציונלי, מבדיל באופן יחסי או משלב פרופורציה.

המרכיב הראשון הוא פרופורציונאלי

אות הפלט נותן רכיב פרופורציונלי. אות זה מוביל לפעולה נגדית לסטייה הנוכחית של כמות הקלט שיש להסדיר מהערך שנקבע. ככל שהסטייה גדולה יותר, כך האות גדול יותר. כאשר ערך הקלט של המשתנה המבוקר שווה לערך שצוין, אות הפלט הופך להיות שווה לאפס.

אם נשאיר רק מרכיב פרופורציוני זה, ונשתמש בו בלבד, אז הערך של הכמות שיש להסדיר לעולם לא יתייצב בערך הנכון. תמיד קיימת שגיאה סטטית השווה לערך כזה של סטיית המשתנה המבוקר, כי אות הפלט מתייצב בערך זה.

לדוגמה, בקר טמפרטורה שולט בכוח של מכשיר חימום. אות הפלט יורד ככל שמתקרבת טמפרטורת האובייקט הרצויה, ואות הבקרה מייצב את הספק ברמה של אובדן החום. כתוצאה מכך, הערך שנקבע לא יגיע לערך שנקבע, מכיוון שמכשיר החימום בו רק צריך לכבות, ומתחיל להתקרר (ההספק הוא אפס).

הרווח בין הקלט לפלט גדול יותר - השגיאה הסטטית פחותה, אך אם הרווח (למעשה, מקדם המידתיות) גדול מדי, אז בכפוף לעיכובים במערכת (ולעתים קרובות הם בלתי נמנעים), בקרוב יתחילו בה תנודות עצמיות, ואם תגדיל המקדם גדול עוד יותר - המערכת פשוט תאבד יציבות.

או דוגמה להצבת מנוע עם תיבת הילוכים. בעזרת מקדם קטן, המיקום הרצוי של גוף העבודה מושג לאט מדי. הגדל את המקדם - התגובה תהיה מהירה יותר. אך אם תגדיל את המקדם עוד יותר, המנוע "יעוף" על המיקום הנכון, והמערכת לא תעבור במהירות למצב הרצוי, כפי שניתן היה לצפות. אם נגדיל כעת את מקדם המידתיות עוד יותר, אז תנודות יתחילו בסמוך לנקודה הרצויה - התוצאה לא תושג שוב ...

המרכיב השני הוא שילוב

אינטגרל הזמן של חוסר ההתאמה הוא החלק העיקרי של רכיב השילוב. זה פרופורציונלי לאינטגרל זה. רכיב השילוב משמש רק כדי לחסל את השגיאה הסטטית, מכיוון שהבקר לאורך זמן לוקח בחשבון את השגיאה הסטטית.

בהיעדר הפרעות חיצוניות, לאחר זמן מה, הערך שיש להסדיר יתייצב בערך הנכון כאשר הרכיב הפרופורציוני יתגלה כאפס, ורמת הדיוק של הפלט תובטח לחלוטין על ידי הרכיב המשלב. אך רכיב השילוב יכול גם ליצור תנודות בסמוך לנקודת המיקום, אם המקדם לא נבחר כראוי.

המרכיב השלישי הוא הבחנה

שיעור השינוי בסטיית הכמות שיש להסדיר הוא ביחס לשליש, המרכיב המבדיל.זה הכרחי על מנת לסתור סטיות (הנגרמות כתוצאה מהשפעות חיצוניות או עיכובים) מהמיקום הנכון, שנחזה בעתיד.

תיאוריית בקרת PID

כפי שכבר הבנת, בקרי PID משמשים לשמירה על ערך נתון x0 של כמות מסוימת, בגלל שינוי בערך u של כמות אחרת. יש נקודת ערך או ערך נתון x0, ויש הבדל או אי התאמה (חוסר התאמה) e = x0-x. אם המערכת היא לינארית ונייחת (למעשה זה כמעט ולא אפשרי), אז להגדרת u הנוסחאות הבאות תקפות:

בנוסחה זו אתה רואה את מקדמי המידתיות עבור כל אחד משלושת המונחים.

בפועל, בקרי PID משתמשים בנוסחה שונה לכוונון, כאשר הרווח מוחל מייד על כל הרכיבים:

הצד הפרקטי של בקרת PID

לעתים רחוקות נעשה שימוש בניתוח תיאורטי של מערכות מבוקרות PID. הקושי הוא שמאפייני אובייקט השליטה אינם ידועים, והמערכת כמעט תמיד לא יציבה ולא ליניארית.

למעשה, לבקרי PID פועלים תמיד הגבלה של טווח ההפעלה מלמטה ומעלה, זה מסביר באופן מהותי את אי-הליניאריות שלהם. לכן כוונון נעשה כמעט תמיד ובכל מקום באופן ניסיוני כאשר אובייקט הבקרה מחובר למערכת הבקרה.

השימוש בערך שנוצר על ידי אלגוריתם בקרת התוכנה מכיל מספר ניואנסים ספציפיים. אם אנו מדברים, למשל, על בקרת טמפרטורה, לעיתים קרובות זה עדיין נחוץ לא רק אחד, אלא שני מכשירים בבת אחת: הראשון שולט בחימום, השני שולט בקירור. הראשון מספק את נוזל הקירור המחומם, השני - הקירור. ניתן לשקול שלוש אפשרויות לפתרונות מעשיים.

הראשון קרוב לתיאור התיאורטי כאשר הפלט הוא כמות אנלוגית ורציפה. השני הוא פלט בצורת קבוצת פולסים, למשל, לשליטה במנוע צעד. שלישית - בקרת PWMכאשר הפלט מהווסת משמש לקביעת רוחב הדופק.

כיום כמעט כל מערכות האוטומציה נמצאות בבנייה מבוסס על PLC, ובקרי PID הם מודולים מיוחדים שמתווספים לבקר הבקרה או מיושמים באופן תכנותי על ידי טעינת ספריות. כדי לקבוע כראוי את הרווח בבקרים כאלה, המפתחים שלהם מספקים תוכנה מיוחדת.