Yn gyntaf, cyflwyniad
Yn System Rheoli Awtomeiddio Diwydiannol Fodern, heb os, mae rheolwr PID (cyfrannol-integral-wahaniaethol) yn un o'r algorithmau rheoli mwyaf cyffredin a phwysig. Defnyddir rheolyddion pid yn helaeth mewn amrywiaeth o achlysuron rheolaeth ddiwydiannol, megis rheoli tymheredd, rheoli pwysau, llif, llif Rheoli ac ati, oherwydd ei nodweddion syml, ymarferol a chadarn. Yn y papur hwn, disgrifir y cysyniad sylfaenol o reolwr PID, egwyddor gweithio, rôl, a'r manteision a'r heriau mewn cymwysiadau ymarferol yn fanwl.
Yn ail, y cysyniad sylfaenol o reolwr PID
Mae rheolwr PID, a elwir yn rheolydd deilliadol cyfrannol-integryddol, yn algorithm rheoli sy'n seiliedig ar wyriad. Mae'n deillio o'r maint rheoli trwy weithrediadau cyfrannol, annatod a gwahaniaethol ar wyriad y system, ac yna'n rheoli'r gwrthrych rheoledig. Y syniad craidd o reolwr PID yw rhagweld cyflwr y dyfodol yn seiliedig ar gyflwr presennol y system (hy gwyriad) a Mae gwladwriaeth y gorffennol (h.y., annatod a gwahaniaethol y gwyriad) ac addasu'r maint rheoli yn unol â hynny i wneud allbwn y system yn olrhain y gwerth penodol yn gyflym ac yn gywir.
Yn drydydd, egwyddor weithredol y rheolydd PID
Gellir crynhoi egwyddor weithredol y rheolydd PID yn y camau canlynol:
Rheolaeth Gyfrannol (P):Rheolaeth gyfrannol yw sylfaen y rheolydd PID, sy'n addasu'n uniongyrchol faint o reolaeth yn ôl maint gwyriad y system. Po fwyaf yw'r gwyriad, y mwyaf y mae'r maint rheoli yn cael ei addasu; Po leiaf yw'r gwyriad, y lleiaf y mae'r maint rheoli yn cael ei addasu. Gall rheolaeth gyfrannol ymateb yn gyflym i wyriadau system, ond mae gwall cyflwr cyson.
Rheolaeth annatod (i):Cyflwynir rheolaeth annatod i ddileu'r gwall cyflwr cyson. Mae'n perfformio gweithrediad annatod ar y gwyriad i ddeillio term annatod sy'n gymesur â hyd y gwyriad ac yn ei ychwanegu at y maint rheoli. Yn raddol, gall rheolaeth annatod leihau gwall cyson y wladwriaeth, ond gall hefyd arwain at ymateb system arafach neu dirlawnder annatod.
Rheolaeth Wahaniaethol (D):Cyflwynir rheolaeth wahaniaethol i wella perfformiad deinamig y system. Mae'n gweithio trwy wahaniaethu'r gwyriad i ddeillio term gwahaniaethol sy'n gymesur â chyfradd newid y gwyriad a'i ychwanegu at y maint rheoli. Gall rheolaeth wahaniaethol ragweld tuedd gwyriad y system ac addasu'r maint rheoli ymlaen llaw, a thrwy hynny gyflymu ymateb y system a lleihau faint o orgyflenwi.
Mae maint rheoli'r rheolydd PID yn cynnwys termau cyfrannol, annatod a gwahaniaethol, a'i fynegiant mathemategol yw:
u (t)=kp * e (t) + ki * ∫e (t) dt + kd * de (t)/dt
Lle, U (t) yw'r maint rheoli, KP yw'r cyfernod cyfrannol, Ki yw'r cyfernod annatod, KD yw'r cyfernod gwahaniaethol ac E (t) yw'r gwyriad system.
Yn bedwerydd, rôl rheolydd PID
Mae gan reolwr PID rôl bwysig yn y system rheoli awtomeiddio diwydiannol, a adlewyrchir yn bennaf yn yr agweddau canlynol:
Gwella cywirdeb system:Rheolwr PID trwy'r gwyriad system ar gyfer rheolaeth gywir, fel y gall allbwn y system olrhain y gwerth penodol yn gyflym ac yn gywir, a thrwy hynny wella cywirdeb y system.
Gwella perfformiad deinamig system:Trwy gyflwyno rheolaeth wahaniaethol, mae'r rheolydd PID yn gallu rhagweld y duedd o wyriad system ac addasu'r swm rheoli ymlaen llaw, gan gyflymu cyflymder ymateb y system a lleihau'r swm gorgyffwrdd. Ar yr un pryd, trwy addasu'r cyfernodau cyfrannol, annatod a gwahaniaethol, gellir optimeiddio perfformiad deinamig y system.
Dileu gwall cyflwr cyson:Yn raddol, gall rheolwr PID leihau'r gwall cyflwr cyson yn raddol trwy gyflwyno rheolaeth annatod, fel bod allbwn y system yn cael ei sefydlogi ger y gwerth penodol.
Symleiddio Dylunio System:Mae gan reolwr PID strwythur syml, yn hawdd ei weithredu, a gellir ei ymgorffori yn hawdd mewn amrywiol systemau rheoli. Ar yr un pryd, mae gan y rheolwr PID gadernid cryf a gall addasu i wahanol amgylcheddau gwaith a llwytho newidiadau.
Pumed, cymhwysiad ymarferol a manteision rheolydd PID
Mae gan reolwr PID ystod eang o gymwysiadau ymarferol, gan gynnwys rheoli tymheredd, rheoli pwysau, rheoli llif, rheoli lefel hylif ac ati. Yn y cymwysiadau hyn, gall rheolwyr PID gynyddu cywirdeb system yn effeithiol, gwella perfformiad deinamig system, dileu gwallau sefydlog-sefydlog, a symleiddio dyluniad system. O'i gymharu ag algorithmau rheoli eraill, mae gan reolwr PID y manteision canlynol:
Cyffredinolrwydd cryf:Mae rheolwr PID yn berthnasol i amrywiaeth o systemau llinellol a rhai systemau aflinol, heb yr angen i fodelu model y system yn gywir.
Difa chwilod cyfleus:Gellir dadfygio ac optimeiddio paramedrau rheolydd PID (cyfernod cyfrannol, cyfernod annatod, cyfernod gwahaniaethol) trwy arbrofi neu efelychu, ac mae'r broses ddadfygio yn syml ac yn gyfleus.
Cadernid cryf:Mae gan reolwr PID allu a chadernid gwrth-ymyrraeth gref, gall addasu i wahanol amgylcheddau gwaith a llwytho newidiadau.
Cost Isel: Mae cost gweithredu rheolwyr PID yn gymharol isel, gellir ei defnyddio'n helaeth mewn amrywiaeth o system rheoli awtomeiddio diwydiannol.
Chweched, Heriau a Gwelliannau Rheolwr PID
Er bod gan y rheolwr PID lawer o fanteision ac fe'i defnyddir yn helaeth, mae rhai heriau a lle i wella cymwysiadau ymarferol. Er enghraifft, mae angen rhywfaint o brofiad a sgil ar addasiad paramedr rheolwyr PID, ac efallai y bydd angen gwahanol osodiadau paramedr ar wahanol systemau; Ar yr un pryd, gall effaith reoli rheolwyr PID ar gyfer systemau aflinol ac amrywio amser fod yn llai na delfrydol. Er mwyn goresgyn yr heriau hyn, mae ymchwilwyr wedi cynnig llawer o reolwyr PID gwell, megis rheolwyr PID niwlog, rheolyddion PID rhwydwaith niwral, ac ati, sydd wedi'u haddasu'n well i anghenion rheoli systemau aflinol ac amrywio amser.
Nghasgliad
Fel un o'r algorithmau rheoli pwysicaf mewn systemau rheoli awtomeiddio diwydiannol, mae gan reolwr PID ystod eang o gymwysiadau a manteision sylweddol. Trwy ddeall cysyniad sylfaenol, egwyddor gweithio a mecanwaith rheolydd PID, gallwn feistroli ei ddulliau difa chwilod a'i strategaethau optimeiddio yn well mewn cymwysiadau ymarferol. Ar yr un pryd, dylem hefyd roi sylw i heriau a gofod gwella rheolydd PID, ac archwilio algorithmau rheoli newydd yn gyson a dulliau technegol i wella perfformiad a dibynadwyedd system rheoli awtomeiddio diwydiannol.