Un controllore differenziale proporzionale-integrale è un dispositivo che viene installato nei sistemi automatizzati per mantenere un dato parametro che è in grado di cambiare.
A prima vista, tutto è confuso, ma il controllo PID può essere spiegato anche per i manichini, ad es. persone che non hanno familiarità con i sistemi e i dispositivi elettronici.
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Che cos'è un controller PID?
Il controller PID è un dispositivo integrato nel circuito di controllo con feedback obbligatorio. È progettato per mantenere i livelli prestabiliti di setpoint, come la temperatura dell'aria.
Il dispositivo fornisce un segnale di controllo o di uscita al dispositivo di controllo, in base ai dati ricevuti dai sensori o dai sensori. I controllori hanno alti tassi di accuratezza dei processi transitori e la qualità dell'attività.
Tre coefficienti del controller PID e il principio di funzionamento
Il compito del controller PID è fornire un segnale di uscita della quantità di potenza richiesta per mantenere la variabile controllata a un determinato livello. Per calcolare l'indicatore viene utilizzata una formula matematica complessa, che include 3 coefficienti: proporzionale, integrale, differenziale.
Prendiamo come oggetto di regolazione un recipiente con acqua, nel quale è necessario mantenere la temperatura ad un determinato livello regolando il grado di apertura della valvola con il vapore.
La componente proporzionale compare al momento del disaccordo con i dati di input. In parole semplici, suona così: viene presa la differenza tra la temperatura effettiva e la temperatura desiderata, moltiplicata per un coefficiente regolabile e si ottiene un segnale di uscita, che dovrebbe essere applicato alla valvola. Quelli. non appena i gradi cadono, inizia il processo di riscaldamento, superano il segno desiderato: si spegne o addirittura si raffredda.
Poi arriva la componente integrale, che è progettata per compensare l'impatto dell'ambiente o altre influenze di disturbo sul mantenimento della nostra temperatura a un determinato livello. Poiché ci sono sempre fattori aggiuntivi che influiscono sui dispositivi da controllare, la cifra sta già cambiando nel momento in cui vengono ricevuti i dati per calcolare la componente proporzionale. E maggiore è l'influenza esterna, più forti si verificano le fluttuazioni dell'indicatore. Si verificano sbalzi di tensione.
Il componente integrale cerca, in base ai valori di temperatura passati, di restituire il suo valore se è cambiato. Il processo è descritto più dettagliatamente nel video qui sotto.
E quindi il segnale di uscita del regolatore, in base al coefficiente, viene applicato per aumentare o diminuire la temperatura. Nel tempo, viene selezionato il valore che compensa i fattori esterni e i salti scompaiono.
L'integrale viene utilizzato per eliminare gli errori calcolando l'errore statico. La cosa principale in questo processo è scegliere il coefficiente corretto, altrimenti l'errore (mancata corrispondenza) influenzerà anche la componente integrale.
Il terzo componente del PID è il differenziatore. È progettato per compensare l'influenza dei ritardi che si verificano tra l'impatto sul sistema e il feedback. Il regolatore proporzionale fornisce potenza fino a quando la temperatura non raggiunge il livello desiderato, ma quando le informazioni passano al dispositivo, soprattutto a valori elevati, si verificano sempre degli errori. Ciò può causare il surriscaldamento. Il differenziale prevede deviazioni causate da ritardi o influenze ambientali e riduce in anticipo la potenza erogata.
Regolazione del controller PID
La regolazione del controller PID viene eseguita con 2 metodi:
- La sintesi implica il calcolo dei parametri in base al modello del sistema. Questa impostazione è accurata, ma richiede una profonda conoscenza della teoria del controllo automatico. È soggetto solo a ingegneri e scienziati. Dal momento che è necessario rimuovere le caratteristiche di consumo e fare una serie di calcoli.
- Il metodo manuale si basa su tentativi ed errori. Per fare ciò si prendono come base i dati di un impianto già finito, si apportano delle correzioni ad uno o più coefficienti del regolatore. Dopo aver acceso e osservato il risultato finale, i parametri vengono modificati nella giusta direzione. E così via fino al raggiungimento del livello di prestazione desiderato.
Il metodo teorico di analisi e messa a punto è usato raramente nella pratica, a causa dell'ignoranza delle caratteristiche dell'oggetto di controllo e di una serie di possibili influenze di disturbo. I metodi sperimentali basati sul monitoraggio del sistema sono più comuni.
I moderni processi automatizzati sono implementati come moduli specializzati sotto il controllo di programmi per la regolazione dei coefficienti del regolatore.
Scopo del controller PID
Il controller PID è progettato per mantenere un determinato valore al livello richiesto - temperatura, pressione, livello in un serbatoio, flusso in una tubazione, concentrazione di qualcosa, ecc., Modificando l'azione di controllo sugli attuatori, come valvole di controllo automatiche, utilizzando una quantità proporzionale, integrativa e differenziante per la sua impostazione.
Lo scopo dell'uso è ottenere un segnale di controllo accurato che sia in grado di controllare grandi industrie e persino reattori di centrali elettriche.
Esempio di controllo della temperatura
Spesso i regolatori PID vengono utilizzati per controllare la temperatura, prendiamo un semplice esempio di riscaldamento dell'acqua in un serbatoio e consideriamo questo processo automatico.
Un liquido viene versato nel contenitore, che deve essere riscaldato alla temperatura desiderata e mantenuto a un determinato livello. All'interno del serbatoio è installato un sensore di temperatura - termocoppia o termometro a resistenza ed è direttamente collegato al controller PID.
Per riscaldare il liquido, forniremo vapore, come mostrato nella figura seguente, con una valvola di controllo automatica. La valvola stessa riceve un segnale dal regolatore.L'operatore inserisce il valore del setpoint di temperatura nel regolatore PID, che deve essere mantenuto nel serbatoio.
Se i coefficienti del controller non sono impostati correttamente, si verificheranno sbalzi di temperatura dell'acqua, con la valvola completamente aperta o completamente chiusa. In questo caso è necessario calcolare i coefficienti del regolatore PID e reinserirli. Se tutto è fatto correttamente, dopo un breve lasso di tempo il sistema uniformerà il processo e la temperatura nel serbatoio sarà mantenuta ad un determinato livello, mentre il grado di apertura della valvola di controllo sarà nella posizione centrale.
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