Med den snabba utvecklingen av elektronik, datorer, kommunikation, feldiagnos, redundanskontroll och grafisk visningsteknologi ökar också nivån på industriell automatisering. Men i produktionsprocessen är kvaliteten på produkten genom störningar av flera faktorer och gör fördelarna med automatiseringsnivån underlägsen. PID -kontrollteorin har dykt upp sedan dess.
Automatiska styrsystem kan delas upp i kontrollsystem med öppen slinga och kontrollsystem med sluten slinga. Ett styrsystem inkluderar styrenheter, sensorer, sändare, ställdon, ingångs- och utgångsgränssnitt med hjälp av PID -kontroll för att uppnå tryck, temperatur, flöde, nivåstyrenheter, programmerbara styrenheter som kan realisera PID -kontrollfunktionen (PLC), såväl som PC -system som PC -system som SYSTEM SOM kan realiseras PID -kontroll och så vidare.
PID -kontroll
I ingenjörspraxis kontrollerar den mest använda regleringslagen för proportionell, integrerad, differentiell kontroll, kallad PID -kontroll, även känd som PID -reglering. Det har blivit en av de viktigaste teknikerna för industriell kontroll för sin enkla struktur, god stabilitet, pålitlig drift och enkel justering.
När strukturen och parametrarna för det kontrollerade objektet inte kan behärskas helt eller inte har tillgång till exakta matematiska modeller, måste kontrollteorin om annan teknik svår att använda, strukturen och parametrarna för systemkontrollen måste förlita sig på erfarenhet och fältfelsökning För att bestämma, när tillämpningen av PID -kontrollteknologi är mest bekväm.
PID -kontroll, PI och PD -kontroll I praktiken är PID -kontroller baserad på systemets fel, användningen av proportionell, integrerad, differentiell beräkning av kontrollvolymen för kontroll. Den mest idealiska kontrollen när den proportionella integrala-derivatiska kontrolllagen, som kombinerar styrkorna hos de tre: båda proportionella rollen i en snabb och snabb, men också rollen för integrationen av eliminering av den återstående skillnaden i förmågan att differentiera Rollen för den åsidosättande kontrollfunktionen.
Länkarna för PID -kontroll
1, proportionell (P) kontroll
Proportionell kontroll är en av de enklaste kontrollmetoderna. Utgången från dess styrenhet är proportionell mot ingångsfelsignalen. Det finns ett stabilt tillståndsfel i systemutgången när endast proportionell kontroll är tillgänglig. Styrenhetens utgångssignal är proportionell mot avvikelsesignalen, det vill säga, så länge det finns en avvikelse, kommer styrenhetens utgång omedelbart .
P -reglering kan återspegla förändringarna i systemet i tid, men kan inte helt eliminera avvikelsen i systemet, därför, om bara P -reglering används i den faktiska kontrollprocessen, kommer systemet att producera rester, K P -ökning kan göra systemet Avvikelsen reduceras, men i själva verket kommer K - D för stor att leda till systeminstabilitet.
2, integrerad (i) kontroll
Vid integrerad kontroll är styrenhetens utgång proportionell mot integralen av insatsfelsignalen. För ett automatiskt styrsystem, om det finns ett stabilt tillståndsfel efter att ha gått in i stabilt tillstånd, sägs kontrollsystemet ha ett stabilt tillståndsfel eller helt enkelt ett differentiellt system.
För att eliminera felet med stabilt tillstånd måste en "integrerad term" införas i styrenheten. Den integrerade termen integrerar felet beroende på tid och ökar när tiden ökar. Således, även om felet är litet, ökar den integrerade termen med tiden, och det driver utgången från styrenheten att öka så att felet med stabilt tillstånd ytterligare minskas tills det är nära noll.
Proportional + Integral (PI) -kontrollen tillåter därför systemet att ange stabilt tillstånd utan nästan inget stabilt tillstånd. Storleken på den integrerade tiden bestämmer styrkan hos den integrerade effekten, desto större är den integrerade tiden, desto svagare den integrerade effekten, vilket resulterar i en ökning av mängden systemöverskridande; Ju starkare den integrerade effekten tvärtom är benägen att orsaka systemsvängning.
3, differentiell (d) kontroll
I differentiell kontroll är styrenhetens utgång och inmatningsfelsignalskillnaden (dvs. hastigheten för ändring av felet) proportionell mot förhållandet. Automatiskt styrsystem för att övervinna felet i regleringsprocessen kan vara oscillerande eller till och med destabilisering. Anledningen till detta beror på närvaron av en stor tröghetskomponent (länk) eller en hystereskomponent, som har effekten av att undertrycka felet, och vars förändringar alltid ligger bakom förändringarna i felet.
Lösningen är att göra förändringen i undertrycket av felet "framåt", dvs när felet är nära noll, bör felet av felet vara noll. Det vill säga, i styrenheten är bara införandet av "proportionell" term ofta inte tillräckligt, den proportionella termen är bara att förstärka storleken på felet och behovet av att öka "differentiell term", som kan Förutsäga trenden med feländringar, så att styrenheten med en proportionell + differential kommer att kunna göra kontrollen över felundertryckning i förväg. På detta sätt kan styrenheten med proportionell + differential göras i förväg för att hämma kontrollen av felet är lika med noll, eller till och med negativ, vilket undviker den allvarliga överskottet av den kontrollerade mängden.
För det kontrollerade objektet med stor tröghet eller hysteres kan därför den proportionella+differentiella (PD) styrenheten förbättra systemets dynamiska egenskaper i förordningen. svängningen av det kontrollerade objektets utgång och för att förkorta systemets responstid, vilket förbättrar systemets dynamiska egenskaper. För stor TD kommer emellertid att minska förmågan att undertrycka interferenssignaler.
4, PID -kontroll
Den mest idealiska kontrollen när den proportionella integrala-differentiella kontrolllagen, som sätter längden på de tre: båda proportionella rollen i en snabb och snabb, men också den integrerade rollen för att eliminera den återstående skillnaden i förmågan att ha den differentiella Kontrollfunktionens roll i förväg.
När avvikelsebesparingarna dyker upp kan differentialen omedelbart och kraftigt drabbas, hämma avvikelsen för detta språng: proportionell samtidigt spela en roll för att eliminera avvikelser, så att avvikelsesamplituden minskas, eftersom proportionell roll är ihållande och spelar en viktig roll i kontrolllagen, så att systemet är mer stabilt: och den integrerade rollen för den återstående skillnaden övervinner långsamt. Så länge de tre rollerna för kontrollparametrarna är korrekt valda kan du ge full spel till fördelarna med de tre kontrolllagarna för att få en mer idealisk kontrolleffekt.
Därför, så länge de tre rollerna kan matchas rimligt, kan du uppnå snabb och korrekt och smidig regleringsprestanda för att få utmärkta kontrollresultat, vilket är charmen i PID -reglering.
5, parametrering
PID -styrningsparametrering är kärnan i styrsystemets design. Det är baserat på egenskaperna hos processen som ska kontrolleras för att bestämma skalfaktorn för PID -styrenheten, integrerad tid och storleken på differentiell tid.
PID -styrningsparameterinställningsmetoder, sammanfattade i två kategorier: en är den teoretiska beräkningen av inställningsmetoden. Det är främst baserat på den matematiska modellen för systemet, efter teoretiska beräkningar för att bestämma regulatorparametrarna. Beräknade data erhållna med denna metod får inte användas direkt, utan också genom de faktiska tekniska justeringar och modifieringar. Den andra är ingenjörskalibreringsmetoden, som huvudsakligen förlitar sig på teknisk erfarenhet, direkt i kontrollsystemtestet, och metoden är enkel, enkel att förstå, i teknisk praxis används allmänt.
PID -styrningsparametrar för teknisk inställningsmetod, främst kritisk förhållande metod, svarskurvmetod och dämpningsmetod. De två metoderna har sina egna egenskaper, den gemensamma punkten är genom testet, och sedan i enlighet med konstruktionens upplevelse av formeln för att styrparametrarna ska justeras. Men oavsett vilken metod som används för att erhålla regulatorparametrarna, måste vara i den faktiska driften av den slutliga justeringen och förbättringen. Metoden för kritiska förhållanden används vanligtvis. Att använda den här metoden för PID -styrningsparameterinställningsstegen är följande:
(1) först välj en kort samplingsperiod för att systemet ska fungera;
(2) tillsätt endast den proportionella kontrolllänken tills en kritisk svängning inträffar i stegets svar på systemet till ingången och notera den proportionella amplifieringsfaktorn och den kritiska svängningsperioden vid denna tidpunkt;
(3) Under en viss kontroll genom formeln för att erhålla parametrarna för PID -styrenheten.
I den faktiska idrifttagningen kan det bara vara grovt inställt ett empiriskt värde först och sedan modifieras enligt regleringseffekten.
För temperatursystemet: p (%) {{0}}, i (poäng) 3 - 10, d (poäng) 0. 5 - 3
För flödessystem: p (%) {{0}}, i (min) 0. 1--1
För trycksystem: p (%) {{0}}, i (min) 0. 4--3
För vätskenivåsystem: p (%) 20--80, i (min) 1-5
Låter det inte lite svårt att förstå? Låt oss be Ming förklara det för oss.
Ming har fått en uppgift: det finns en vattentank som läcker, och hastigheten för läckage är varierande, men vattenytan krävs för att hålla höjden på vattenytan vid en viss position, när vattenytan har visat sig vara lägre Än den nödvändiga positionen måste du lägga till vatten i vattentanken.
Början på Xiaoming med en dippare för att lägga till vatten, kran från tanken har ett avstånd på mer än tio meter, måste ofta springa flera gånger för att lägga till tillräckligt med vatten, så Xiaoming och bytt för att använda en hink för att lägga till en hink, ett plus är en hink, kör färre gånger, plus vattenhastigheten är också snabb, men flera gånger kommer du att ges till tanken för att lägga till överflödet av det oavsiktligt våta några gånger, xiaoming och brainstorming, jag gör inte Använd en dippare och inte en hink, den gamle mannen med en bassäng, flera gånger nere, fann att det är helt rätt, inte behöver springa för många gånger och kommer inte att låta vattnet flyta över. Jag fann att det var helt rätt, jag behövde inte springa för många gånger, och jag lät inte vattnet överflöd. Denna kontrolltid kallas provtagningsperioden.
I början av Xiaoming med en dippare för att tillsätta vatten har kran från vattentanken ett avstånd på mer än tio meter, ofta måste springa flera gånger för att lägga till tillräckligt med vatten, så Xiaoming och ändras sedan för att använda en hink för att lägga till en hink , ett plus är en hink, kör färre gånger, vattenhastigheten är också snabbare, men flera gånger kommer tanken att ges till tanken för att lägga till överflödet av det oavsiktligt våta några gånger, xiaoming och brainstorming, Jag använder inte en dipper och behöver inte fat, den gamle mannen med en bassäng, flera gånger, fann att det är helt rätt, inte behöver springa för många gånger, inte heller låta vattnet översvämma. Jag behöver inte springa för många gånger, och jag vill inte att vattnet ska flyta över. Storleken på detta verktyg för att tillsätta vatten kallas proportionalitetskoefficienten.
Xiaoming fann också att även om vattnet inte skulle flyta över, ibland skulle det vara högre än den nödvändiga positionen, och det fanns fortfarande faran med att väta hans skor. Han kom med ett sätt att installera en tratt på vattentanken, varje gång du lägger till vatten hälls inte direkt i tanken, utan hälls i tratten för att låta den långsamt lägga till. Detta överflödproblem löstes, men hastigheten för att tillsätta vatten och långsamt och ibland inte komma ikapp läckans hastighet. Så han försökte byta tratt i olika storlekar och diametrar för att kontrollera hastigheten på att tillsätta vatten och hittade slutligen en tillfredsställande tratt. Tiden för tratten kallas integrerad tid.
Xiaoming andade slutligen ett suck av lättnad, men kraven i uppgiften plötsligt strikt, aktualiteten för vattennivån kontrollkrav förbättrades kraftigt, när vattennivån är för låg måste du omedelbart lägga till vattnet till den nödvändiga positionen och kan inte inte Var för mycket högre, eller betal inte lönen. Xiaoming igen svårt! Så han öppnade sin hjärna, låt den äntligen tänka på ett sätt, lade ofta en kruka med reservvatten vid sidan, när vattennivån har visat sig vara låg, inte genom tratten är en kruka med vatten ner, så att aktualiteten är garanterad, men vattennivån kommer ibland att vara mycket högre. Han bad också om platsen för ytan på vattnet ovanför en punkt kommer att mejslas ett hål i vattnet och sedan ansluta ett rör till botten av reservhinken så att mer vatten kommer att läcka ut från toppen av hålet. Hastigheten med vilken detta vatten läcker ut kallas differentiell tid.
Historien om Mings experiment är en steg-för-steg oberoende, men de faktiska vattenverktygen, trattkaliber, storleken på överflödet hål samtidigt kommer att påverka vattenhastigheten, storleken på vattennivån överskrider, gör Baksidan av experimentet måste ofta ändra förändringen av resultatet från det föregående experimentet.
Människor med PID -kontroll med en vattenkokare till koppen vatten tryckt med en skala av en halv kopp vatten efter stoppet
Ställ in värde: Halvkoppskala av vattenkoppen;
Faktiskt värde: den faktiska mängden vatten i vattenkoppen;
Utgångsvärden: Mängden vatten som hälls ut ur vattenkokaren och mängden vatten skopade ut ur koppen;
Mätning: Mänskliga ögon (motsvarande sensorer)
Exekveringsobjekt: mänsklig
Positivt utförande: Hälla
Motutförande: Scooping
1p proportionell kontroll, det vill säga människor ser mängden vatten i koppen inte når en halv kopp vattenkoppskala, enligt en viss mängd vatten från vattenkokaren i kungen av koppen vatten som hälls eller mängden av Vatten i koppen vatten över skalan, med en viss mängd vatten från koppen vatten som skaffas ut, kan den här åtgärden resultera i mindre än en halv kopp eller mer än en halv kopp på stoppet.
Obs: P Proportionell kontroll är en av de enklaste kontrollmetoderna. Utgången från dess styrenhet är proportionell mot ingångsfelsignalen. Fel i stabilt tillstånd finns i systemutgången när endast proportionell kontroll är tillgänglig.
2PI integrerad kontroll, det vill säga enligt en viss mängd vatten i vattenkoppen, om du upptäcker att mängden vatten i koppen inte har en skala, fortsätter du att hälla och sedan fann att mängden vatten är mer Än en halv kopp skopade vattnet från koppen till utsidan och sedan upprepade gånger inte tillräckligt för att hälla vattnet och mer skopade tills mängden vatten når skalan.
OBS: I integrerad I -kontroll är styrenhetens utgång proportionell mot integralen av insatsfelsignalen. För ett automatiskt styrsystem, om det finns ett stabilt tillståndsfel efter att ha gått in i stabilt tillstånd, sägs kontrollsystemet ha ett stabilt tillståndsfel eller helt enkelt system med stabilitetsfel (system med fel i stabilitet). För att eliminera felet med stabilt tillstånd måste en "integrerad term" införas i styrenheten. Den integrerade termen integrerar felet beroende på tid och ökar med tiden. Således, även om felet är litet, ökar den integrerade termen med tiden, och det driver utgången från styrenheten att öka så att felet med stabilt tillstånd ytterligare minskas tills det är lika med noll. Proportional + Integral (PI) -kontrollen tillåter därför systemet att ange stabilt tillstånd utan fel i stabilt tillstånd.
3PID -differentiell kontroll, det vill säga det mänskliga ögat som tittar på koppen vatten och avståndet från skalan, när gapet är mycket stort, vattenkokaren med en stor mängd vatten som ska hällas, när människor ser mängden vatten är Nära skalan, minska vattenkokarens vattenutgång och närmar sig långsamt skalan tills den stannar i koppens kopp. Om vattnet stannar vid den exakta läget för skalan finns det ingen statisk differentiell kontroll; Om det stannar nära skalan finns det statisk differentiell kontroll.
Obs: I differentiell kontroll D är styrenhetens utgång proportionell mot skillnaden i insatsfelsignalen (dvs. ändringshastigheten).
I ingenjörspraxis har den mest använda lagen om regleringskontroll för proportionell, integrerad, differentiell kontroll, kallad PID -kontroll, även känd som PID -reglering. PID -kontroller har införts nästan 70 års historia, det är enkel struktur, god stabilitet, Pålitlig, enkel att justera och har blivit en av de viktigaste teknikerna för industriell kontroll.
När strukturen och parametrarna för det kontrollerade objektet inte kan behärskas helt eller inte har tillgång till exakta matematiska modeller, måste kontrollteorin om annan teknik svår att använda, strukturen och parametrarna för systemkontrollen måste förlita sig på erfarenhet och fältfelsökning För att bestämma, när tillämpningen av PID -kontrollteknologi är den mest praktiska.
PID -styrenhet
PID -kontroller används allmänt i industriell processkontroll. Cirka 95% av sluten slinga i industriell automatisering använder PID-kontroller. Styrenheten kombineras på ett sådant sätt att den genererar en styrsignal. Som en feedbackkontroll levererar den kontrollutgången till önskad nivå. Innan uppfinningen av mikroprocessorer implementerade analog elektronik PID -kontroll. Men idag hanteras alla PID -styrenheter av mikroprocessorer. Programmerbara logikstyrenheter har också inbyggda PID-kontrollinstruktioner.
Genom att använda en billig enkel switching-styrenhet är endast två kontrolltillstånd möjliga, till exempel fulla på eller full av. Det används för begränsade kontrollapplikationer där dessa två kontrollstillstånd är tillräckliga för att kontrollera målet. Den oscillerande karaktären hos denna kontroll begränsar emellertid dess användning och ersätts därför av PID -styrenheter.
PID-styrenheter upprätthåller utgången så att det finns nollfel mellan processvariabeln och börvärdet/önskad utgång genom drift av sluten slinga. PID använder tre grundläggande kontrollbeteenden, som förklaras nedan.
P-CONTROLLER:
Den proportionella eller p-kontroller ger en utgång proportionell mot det aktuella felet e (t). Den jämför det önskade eller inställda värdet med det faktiska eller feedbackprocessvärdet. Det erhållna felet multipliceras med proportionalitetskonstanten för att få utgången. Om felvärdet är noll är denna styrenhetsutgång noll.
Denna styrenhet måste vara partisk eller manuellt återställa när den används på egen hand. Detta beror på att det aldrig når ett stabilt tillstånd. Det ger stabil drift men upprätthåller alltid stabilitetsfelet. När proportionalitetskonstanten KC ökar ökar svarshastigheten.
I-Controller
Eftersom P-kontrollern alltid har en avvikelse mellan processvariabeln och börvärdet, behövs I-kontrollern, vilket ger nödvändig åtgärd för att eliminera felet med stabilt tillstånd. Det integrerar felet under en tid tills felvärdet når noll. Det upprätthåller värdet på nollfel för den slutliga styrenheten.
När ett negativt fel inträffar minskar den integrerade kontrollen dess utgång. Det begränsar svarets hastighet och påverkar systemets stabilitet. Svarets hastighet ökas genom att minska den integrerade förstärkningen Ki.
I siffran ovan minskar det stabila tillståndsfelet när förstärkningen för I -styrenheten minskar. För det mesta är PI -styrenheter särskilt användbara i situationer där ett höghastighetssvar inte krävs.
När en PI-styrenhet används är I-kontrollerutgången begränsad till en grad som övervinner den integrerade mättnaden, där den integrerade utgången är nudged även när nollfelstillståndet ökas på grund av tillståndet för olinjäritet i nämnda växt.
d-kontroller
I-CONTROLLER har inte förmågan att förutsäga fel framtida beteende. Så det reagerar normalt när börvärdet har ändrats. D-kontroller övervinner detta problem genom att förutsäga felaktigt framtida beteende. Dess utgång beror på felhastigheten med avseende på tid, multiplicerad med en differentiell konstant. Det ger start till utgången som ökar systemresponsen.
I siffran ovan har D-styrenheten mer svar än PI-styrenheten och utbyggnadstiden för utgången reduceras. Det förbättrar systemets stabilitet genom att kompensera fasfördröjningen orsakad av I -styrenheten. Att öka differentiell förstärkning kommer att förbättra svaret.
PID -styrenhetens roll
Proportionell reglering
Proportionellt svar på systemets avvikelse, när systemet har avvikit, producerar proportionell reglering omedelbart reglering för att minska avvikelsen. Stor proportionalitet kan påskynda justeringen och minska felet, men för stor andel gör att systemets stabilitet minskar och till och med orsaka systeminstabilitet.
Integralreglering
Det gör att systemet eliminerar felet med stabilt tillstånd och förbättrar graden av icke-skillnad. Eftersom det finns ett fel utförs den integrerade förordningen tills det inte finns någon skillnad, den integrerade förordningen stoppar och den integrerade förordningen matar ut ett konstant värde. Styrkan hos den integrerade effekten beror på den integrerade tidskonstanten Ti, ju mindre Ti är, desto starkare är den integrerade effekten. Tvärtom, om Ti är stor, är den integrerade effekten svag, och tillägget av integrerad reglering kan göra att systemets stabilitet minskar och det dynamiska svaret blir långsammare.
Differentiell reglering
Differentialåtgärd återspeglar förändringshastigheten för systemavvikelsesignalen, med förutsägbarhet, kan förutse trenden för avvikelsesförändringar, så att den kan producera före kontrollrollen i avvikelsen har inte bildats tidigare, har eliminerats genom differentiell reglering. Differentialåtgärder på brusinterferensen har en förstärkande effekt, så för stark plus differentiell reglering, systemet är inte bra för anti-interferens.
PID CONTROL Application Development Direction
I produktionsprocessen för att förbättra produktkvaliteten ökar produktionen, sparar råvaror, produktionshantering och produktionsprocess alltid i det optimala arbetstillståndet. Därför produceras en metod för optimal kontroll, som kallas adaptiv kontroll. I denna typ av kontroll krävs systemet för att automatiskt justera systemet enligt förändringarna i de uppmätta parametrarna, miljön och kostnaden för råvaror, så att systemet alltid är i ett optimalt tillstånd. Adaptiv kontroll består av tre komponenter: prestationsberäkning (diskriminering), beslutsfattande och modifiering. Det är utvecklingsriktningen för mikrodatorkontrollsystemet. Men eftersom kontrolllagen är svår att förstå, så främjande av vissa svårt att lösa problemet. I den adaptiva PID -kontrollen kommer med några intelligenta funktioner, som att leva varelser kan anpassa sig till förändringar i yttre förhållanden. Det finns också ett självlärande system, det är mer intelligent.