ما هو وحدة تحكم PID؟

المعرف الشخصي (PID) (من اللغة الإنجليزية التي تتناسب مع P ، I-integral ، D-derivative) - المنظم هو جهاز يستخدم في حلقات التحكم المزودة برابط ملاحظات. يتم استخدام وحدات التحكم هذه لإنشاء إشارة تحكم في الأنظمة الآلية حيث يكون من الضروري تحقيق متطلبات عالية لجودة ودقة العابرين.

يتم الحصول على إشارة التحكم بوحدة التحكم PID عن طريق إضافة ثلاثة مكونات: الأول يتناسب مع قيمة إشارة الخطأ ، والثاني هو جزء لا يتجزأ من إشارة الخطأ ، والثالث هو مشتق منه. إذا لم يتم تضمين أي من هذه المكونات الثلاثة في عملية الإضافة ، فلن تكون وحدة التحكم بعد ذلك PID ، ولكن ببساطة متناسبة أو متمايزة نسبيًا أو متكاملة.

المكون الأول متناسب

تعطي إشارة الخرج مكونًا نسبيًا. تؤدي هذه الإشارة إلى عكس الانحراف الحالي لكمية المدخلات الواجب تنظيمها من خلال القيمة المحددة. كلما زاد الانحراف ، زادت الإشارة. عندما تكون قيمة دخل المتغير المتحكم فيه مساوية للقيمة المحددة ، تصبح إشارة الخرج مساوية للصفر.

إذا تركنا هذا المكون النسبي فقط واستخدمناه فقط ، فلن تستقر قيمة الكمية المراد تنظيمها أبدًا بالقيمة الصحيحة. يوجد دائمًا خطأ ثابت يساوي قيمة انحراف المتغير المتحكم به بحيث تستقر إشارة الخرج عند هذه القيمة.

على سبيل المثال ، يتحكم منظم الحرارة في قوة جهاز التدفئة. تنخفض إشارة الخرج مع اقتراب درجة حرارة الجسم المرغوبة ، وتستقر إشارة التحكم في الطاقة عند مستوى فقد الحرارة. نتيجة لذلك ، لن تصل القيمة المحددة إلى القيمة المحددة ، لأن جهاز التسخين يجب إيقاف تشغيله فقط ، ويبدأ في البرودة (الطاقة صفرية)

الكسب بين المدخلات والمخرجات أكبر - الخطأ الثابت أقل ، ولكن إذا كان الكسب (في الواقع ، معامل التناسب) كبيرًا جدًا ، ثم يخضع للتأخيرات في النظام (وغالبًا ما يكون لا مفر منه) ، ستبدأ التذبذبات الذاتية قريبًا ، وإذا زادت المعامل أكبر - النظام سيفقد الاستقرار ببساطة.

أو مثال على وضع محرك مع علبة التروس. مع معامل صغير ، يتم الوصول إلى الموضع المطلوب من جسم العمل ببطء شديد. زيادة معامل - رد الفعل سيكون أسرع. ولكن إذا قمت بزيادة المعامل أكثر ، فسوف "يتحرك" المحرك إلى الموضع الصحيح ، ولن ينتقل النظام بسرعة إلى الموضع المطلوب ، كما هو متوقع. إذا قمنا الآن بزيادة معامل التناسب ، فسوف تبدأ التذبذبات بالقرب من النقطة المطلوبة - ولن تتحقق النتيجة مرة أخرى ...

المكون الثاني هو دمج

الوقت المتكامل للتوافق هو الجزء الرئيسي من المكون المتكامل. انها تتناسب مع هذا لا يتجزأ. يتم استخدام مكون التكامل فقط للقضاء على الخطأ الثابت ، حيث تأخذ وحدة التحكم بمرور الوقت في الاعتبار الخطأ الثابت.

في حالة عدم وجود اضطرابات خارجية ، بعد مرور بعض الوقت ، سيتم تثبيت القيمة المراد تنظيمها بالقيمة الصحيحة عندما يتحول المكون التناسبي إلى الصفر ، وسيتم ضمان دقة المخرجات بالكامل بواسطة المكون المتكامل. ولكن يمكن للمكون المدمج أيضًا إنشاء تذبذبات بالقرب من نقطة تحديد الموقع ، إذا لم يتم تحديد معامل بشكل صحيح.

المكون الثالث هو التفريق

إن معدل التغير في انحراف الكمية المراد تنظيمها يتناسب مع العنصر التمايز الثالث.من الضروري مواجهة الانحرافات (الناتجة عن التأثيرات الخارجية أو التأخير) من الموضع الصحيح ، كما هو متوقع في المستقبل.

نظرية تحكم PID

كما فهمت بالفعل ، يتم استخدام وحدات تحكم PID للحفاظ على قيمة معينة x0 لكمية معينة ، بسبب التغير في قيمة يو لكمية أخرى. هناك setpoint أو setpoint x0 ، وهناك اختلاف أو تعارض (عدم تطابق) e = x0-x. إذا كان النظام خطيًا وثابتًا (لا يمكن إجراء ذلك عمليًا تقريبًا) ، فبالنسبة لتعريف u تكون الصيغ التالية صالحة:

في هذه الصيغة ، ترى معاملات التناسب لكل من المصطلحات الثلاثة.

في الممارسة العملية ، تستخدم وحدات التحكم PID صيغة مختلفة لضبط ، حيث يتم تطبيق الكسب مباشرة على جميع المكونات:

الجانب العملي للتحكم PID

نادرا ما يستخدم التحليل النظري للأنظمة التي تسيطر عليها PID. تكمن الصعوبة في أن خصائص عنصر التحكم غير معروفة ، وأن النظام دائمًا ما يكون غير ثابت وغير خطي.

في الواقع تعمل وحدات التحكم PID العاملة فعليًا على تقييد نطاق التشغيل من أسفل وفوق ذلك ، وهذا يفسر بشكل أساسي عدم خطية. لذلك ، يتم الضبط دائمًا وفي كل مكان تقريبًا عندما يتم توصيل كائن التحكم بنظام التحكم.

باستخدام القيمة التي تم إنشاؤها بواسطة خوارزمية التحكم في البرنامج يحتوي على عدد من الفروق الدقيقة المحددة. إذا كنا نتحدث ، على سبيل المثال ، عن التحكم في درجة الحرارة ، فغالبًا ما يكون من الضروري ليس فقط جهاز واحد ، ولكن جهازين في آن واحد: الأول يتحكم في التدفئة ، بينما يتحكم الثاني في التبريد. الأول يسلم سائل التبريد الساخن ، والثاني - سائل التبريد. يمكن النظر في ثلاثة خيارات للحلول العملية.

الأول قريب من الوصف النظري عندما يكون الإخراج كمية تناظرية ومستمرة. والثاني هو الإخراج في شكل مجموعة من النبضات ، على سبيل المثال ، للسيطرة على محرك السائر. الثالث - مراقبة PWMعندما يخدم الإخراج من المنظم لضبط عرض النبض.

اليوم ، تقريبا جميع أنظمة التشغيل الآلي قيد الإنشاء بناء على PLCوحدات التحكم PID وحدات نمطية خاصة تضاف إلى وحدة التحكم أو بشكل عام تنفذ برمجياً عن طريق تحميل المكتبات. لتعيين المكسب في وحدات التحكم هذه بشكل صحيح ، يوفر مطوروها برامج خاصة.