- PID Controller at Paggawa Nito:
- Mga Mode ng Kontrol ng PID:
- Mga Paraan ng Pag-tune para sa PID Controller:
- Istraktura ng PID controller:
- Mga aplikasyon ng PID controller:
Bago ipaliwanag ang PID Controller, baguhin natin ang tungkol sa Control System. Mayroong dalawang uri ng mga system; buksan ang loop system at isara ang loop system. Ang isang bukas na loop system ay kilala rin bilang isang walang kontrol na system at ang close loop system ay kilala bilang isang kinokontrol na system. Sa bukas na loop system, ang output ay hindi kontrolado dahil ang sistemang ito ay walang feedback at sa isang malapit na loop system, ang output ay kinokontrol sa tulong ng controller at ang sistemang ito ay nangangailangan ng isa o higit pang mga daanan ng feedback. Ang isang bukas na loop system ay napaka-simple ngunit hindi kapaki-pakinabang sa mga aplikasyon ng pang-industriya na kontrol sapagkat ang sistemang ito ay hindi kontrolado. Ang loop loop system ay kumplikado ngunit pinaka-kapaki-pakinabang para sa pang-industriya na aplikasyon, dahil sa output ng system na ito ay maaaring maging matatag sa isang ninanais na halaga, ang PID ay isang halimbawa ng Closed Loop System. I-block ang diagram ng mga system na ito ay tulad ng ipinakita sa ibaba ng figure-1.
Ang isang malapit na loop system ay kilala rin bilang system ng control control at ang ganitong uri ng system ay ginagamit upang idisenyo ang awtomatikong matatag na system sa nais na output o sanggunian. Para sa kadahilanang ito, bumubuo ito ng isang senyas ng error. Ang signal ng error e (t) ay isang pagkakaiba sa pagitan ng output y (t) at ng sangguniang signal u (t) . Kapag ang error na ito ay zero na nangangahulugang ang nais na output ay nakamit at sa kondisyong ito ang output ay pareho bilang isang sangguniang signal.
Halimbawa, tumatakbo ang isang dryer nang maraming beses, na kung saan ay paunang itinakdang halaga. Kapag na-ON ang dryer, nagsisimula ang timer at tatakbo ito hanggang sa matapos ang timer at magbigay ng output (dry na tela). Ito ay isang simpleng bukas na loop system, kung saan ang output ay hindi kailangang kontrolin at hindi nangangailangan ng anumang landas ng feedback. Kung sa sistemang ito, gumamit kami ng sensor ng kahalumigmigan na nagbibigay ng landas ng feedback at ihinahambing ito sa itinakdang punto at bumubuo ng isang error. Tumatakbo ang dryer hanggang sa zero ang error na ito. Nangangahulugan ito na ang kahalumigmigan ng tela ay pareho sa itinakdang punto, titigil ang pagtatrabaho ng dryer. Sa bukas na loop system, tatakbo ang dryer para sa nakapirming oras anuman ang mga damit ay tuyo o basa. Ngunit sa malapit na loop system, ang dryer ay hindi tatakbo para sa takdang oras, tatakbo ito hanggang sa matuyo ang mga damit. Ito ang kalamangan ng close loop system at paggamit ng controller.
PID Controller at Paggawa Nito:
Kaya ano ang PID controller? Ang tagakontrol ng PID ay tinatanggap sa buong mundo at kadalasang ginagamit na tagapamahala sa pang-industriya na aplikasyon dahil ang PID controller ay simple, nagbibigay ng mahusay na katatagan at mabilis na tugon. Ang PID ay nangangahulugang proporsyonal, integral, nagmula. Sa bawat aplikasyon, ang koepisyent ng tatlong mga aksyon na ito ay iba-iba upang makakuha ng pinakamainam na tugon at kontrol. Ang input ng Controller ay signal ng error at ang output ay ibinibigay sa planta / proseso. Ang output signal ng controller ay nabuo, sa isang paraan na, ang output ng halaman ay sinusubukan upang makamit ang ninanais na halaga.
Ang PID controller ay isang Close loop system na may system ng control control at inihinahambing nito ang variable ng Proseso (variable ng feedback) na may itinakdang Point at bumubuo ng isang signal ng error at ayon sa inaayos nito ang output ng system. Ang prosesong ito ay nagpapatuloy hanggang sa ang error na ito ay makarating sa Zero o ang halaga ng variable ng proseso ay magiging pantay sa itinakdang punto.
Nagbibigay ang PID controller ng mas mahusay na mga resulta kaysa sa ON / OFF controller. Sa ON / OFF controller, dalawang estado lamang ang magagamit upang makontrol ang system. Maaari itong maging ON o OFF. MAG-ON ito kapag ang halaga ng proseso ay mas mababa kaysa sa itinakdang punto at ito ay NAKA-OFF kapag ang halaga ng proseso ay mas malaki kaysa sa itinakdang punto. Sa tagakontrol na ito, ang output ay hindi magiging matatag, palaging ito ay mag-oscillate sa paligid ng setpoint. Ngunit ang PID controller ay mas matatag at tumpak na ihambing sa ON / OFF controller.
Ang PID controller ay isang kumbinasyon ng tatlong mga termino; Proportional, Integral at Derivative. Ipaunawa sa amin ang tatlong term na ito nang paisa-isa.
Mga Mode ng Kontrol ng PID:
Proportional (P) na tugon:
Kataga 'P' ay proporsyonal sa aktwal na halaga ng error. Kung ang error ay malaki, ang control output ay malaki din at kung ang error ay maliit na output output ay maliit din, ngunit ang gain factor (K p) ay
Kinukuha din sa account. Ang bilis ng tugon ay direktang proporsyonal din sa proporsyonal na kadahilanan na nakuha (K p). Kaya, ang bilis ng tugon ay nadagdagan ng pagdaragdag ng halaga ng K p ngunit kung ang K p ay nadagdagan na lampas sa normal na saklaw, ang variable ng proseso ay nagsisimula sa pag-oscillate sa mataas na rate at gawing hindi matatag ang system.
y (t) ∝ e (t) y (t) = k i * e (t)
Dito, ang nagresultang error ay pinarami ng proportionality gain factor (proporsyonal na pare-pareho) tulad ng ipinakita sa itaas na equation. Kung ginagamit lamang ang P controller, sa oras na iyon, nangangailangan ito ng manu-manong pag-reset dahil pinapanatili nito ang matatag na error ng estado (offset).
Integral (I) na tugon:
Ang integral controller ay karaniwang ginagamit upang bawasan ang matatag na error ng estado. Ang terminong 'I' ay isinasama (na may kinalaman sa oras) sa aktwal na halaga ng error . Dahil sa pagsasama, napakaliit na halaga ng error, nagreresulta ng napakataas na integral na tugon. Patuloy na nagbabago ang pagkilos ng integral controller hanggang sa maging zero ang error.
y (t) ∝ ∫ e (t) y (t) = k i ∫ e (t)
Ang integral na pakinabang ay kabaligtaran proporsyonal sa bilis ng tugon, pagtaas ng k i, bawasan ang bilis ng tugon. Ginagamit ang proporsyonal at Integral na mga tagakontrol na pinagsama (PI controller) para sa mahusay na bilis ng tugon at matatag na pagtugon ng estado.
Derivative (D) na tugon:
Ang derivative controller ay ginagamit upang may kombinasyon ng PD o PID. Hindi ito nagamit nang nag-iisa, dahil kung ang error ay pare-pareho (hindi-zero), ang output ng controller ay magiging zero. Sa sitwasyong ito, gumaganap ang zero ng error ng controller, ngunit sa aktwal na mayroong ilang mga error (pare-pareho). Ang output ng derivative controller ay direktang proporsyonal sa rate ng pagbabago ng error patungkol sa oras tulad ng ipinakita sa equation. Sa pamamagitan ng pag-aalis ng pag-sign ng proporsyonalidad, nakakakuha tayo ng derivative gain pare-pareho (k d). Pangkalahatan, ginagamit ang Derivative controller kapag ang mga variable ng processor ay nagsisimulang oscillating o nagbabago sa napakataas na rate ng bilis. Ginagamit din ang D-controller upang asahan ang hinaharap na pag-uugali ng error sa pamamagitan ng error curve. Ang equation ng matematika ay tulad ng ipinapakita sa ibaba;
y (t) ∝ de (t) / dt y (t) = K d * de (t) / dt
Proporsyonal at Integral na tagakontrol:
Ito ay isang kumbinasyon ng P at I controller. Ang output ng controller ay pagbubuod ng parehong (proporsyonal at integral) na mga tugon. Ang equation ng matematika ay tulad ng ipinapakita sa ibaba;
y (t) ∝ (e (t) + ∫ e (t) dt) y (t) = k p * e (t) + k i ∫ e (t) dt
Proporsyonal at Derivative Controller: Ito ay isang kumbinasyon ng P at D controller. Ang output ng controller ay buod ng proporsyonal at derivative na mga tugon. Ang equation ng matematika ng PD controller ay ipinapakita sa ibaba;
y (t) ∝ (e (t) + de (t) / dt) y (t) = k p * e (t) + k d * de (t) / dt
Proportional, Integral at Derivative controller: Ito ay isang kumbinasyon ng P, I at D controller. Ang output ng controller ay pagbubuod ng proporsyonal, integral at derivative na mga tugon. Ang equation ng matematika ng PD controller ay ipinapakita sa ibaba;
y (t) ∝ (e (t) + ∫ e (t) dt + de (t) / dt) y (t) = k p * e (t) + k i ∫ e (t) dt + k d * de (t) / dt
Kaya, sa pagsasama ng proporsyonal, integral at derivative control na tugon na ito, bumuo ng isang PID controller.
Mga Paraan ng Pag-tune para sa PID Controller:
Para sa nais na output, dapat na maayos na mai-tune ang controller na ito. Ang proseso ng pagkuha ng perpektong tugon mula sa PID controller ng setting ng PID ay tinatawag na tuning of controller. Ang setting ng PID ay nangangahulugang itakda ang pinakamainam na halaga ng pagkakaroon ng proporsyonal (k p), derivative (k d) at integral (k i) na tugon. Ang tagakontrol ng PID ay nakatutok para sa pagtanggi ng kaguluhan ay nangangahulugang pananatili sa isang naibigay na setpoint at pagsubaybay sa utos, nangangahulugan kung ang setpoint ay nagbabago, ang output ng controller ay susundan ng bagong setpoint. Kung maayos na naka-tune ang controller, ang output ng controller ay susundan ng variable setpoint, na may mas kaunting oscillation at mas mababa ang pamamasa.
Mayroong maraming mga pamamaraan para sa pag-tune ng PID controller at pagkuha ng nais na tugon. Ang mga pamamaraan para sa tuning controller ay nasa ibaba;
- Paraan ng pagsubok at error
- Pamamaraan ng proseso ng curve ng reaksyon
- Paraan ng Ziegler-Nichols
- Pamamaraan ng relay
- Paggamit ng software
1. Paraan ng pagsubok at error:
Ang pamamaraan ng pagsubok at error ay kilala rin bilang manu-manong pamamaraan ng pag-tune at ang pamamaraang ito ay pinakasimpleng pamamaraan. Sa pamamaraang ito, dagdagan muna ang halaga ng kp hanggang umabot ang system sa oscillating na tugon ngunit ang system ay hindi dapat gumawa ng hindi matatag at panatilihin ang halaga ng kd at ki zero. Pagkatapos nito, itakda ang halaga ng ki sa isang paraan na, ang oscillation ng system ay hihinto. Pagkatapos nito itakda ang halaga ng kd para sa mabilis na tugon.
2. Proseso ng pamamaraan ng curve ng reaksyon:
Ang pamamaraang ito ay kilala rin bilang pamamaraan ng pag-tune ng Cohen-Coon. Sa pamamaraang ito unang bumuo ng isang proseso ng curve ng reaksyon bilang tugon sa isang kaguluhan. Sa pamamagitan ng curve na ito maaari nating kalkulahin ang halaga ng nakuha ng controller, integral na oras at oras ng derivative. Ang curve na ito ay nakilala sa pamamagitan ng manu-manong pagganap sa bukas na loop step test ng proseso. Ang parameter ng modelo ay maaaring makita sa pamamagitan ng panimulang kaguluhan sa porsyento ng hakbang. Mula sa curve na ito kailangan nating hanapin ang slop, patay na oras at pagtaas ng oras ng curve na walang iba kundi ang halaga ng kp, ki at kd.
3. Zeigler-Nichols na pamamaraan:
Sa pamamaraang ito ay itinakda din ang halaga ng ki at kd zero. Ang proporsyonal na nakuha (kp) ay tumataas hanggang sa maabot nito ang panghuli na nakuha (ku). panghuli makakuha ay wala ngunit ito ay isang makakuha kung saan ang output ng loop ay nagsisimula sa oscillates. Ang ku at ang panahon ng pag-oscillation na ito na Tu ay ginagamit upang makuha ang pakinabang ng PID controller mula sa ibaba ng talahanayan.
|
Uri ng Controller |
kp |
k i |
kd |
|
P |
0.5 k u |
|
|
|
PI |
0.45 k u |
0.54 k u / T u |
|
|
PID |
0.60 k u |
1.2 k u / T u |
3 k u T u / 40 |
4. Pamamaraan ng relay:
Ang pamamaraang ito ay kilala rin bilang pamamaraang Astrom-Hugglund. Narito ang output ay inililipat sa pagitan ng dalawang halaga ng variable ng kontrol ngunit ang mga halagang ito ay pinili sa isang paraan na ang proseso ay dapat na tumawid sa setpoint. Kapag ang variable ng proseso ay mas mababa sa setpoint, ang output output ay nakatakda sa mas mataas na halaga. Kapag ang halaga ng proseso ay mas malaki kaysa sa setpoint, ang output output ay nakatakda sa mas mababang halaga at ang output waveform ay nabuo. Ang panahon at amplitude ng oscillatory waveform na ito ay sinusukat at ginagamit upang matukoy ang ultimate gain ku at period Tu na ginagamit sa itaas na pamamaraan.
5. Paggamit ng software:
Para sa pag-tune ng PID at pag-optimize ng loop, magagamit ang mga software packages. Ang mga software packages na ito ay nangongolekta ng data at gumawa ng isang modelo ng matematika ng system. Sa pamamagitan ng modelong ito, nakakahanap ang software ng isang pinakamainam na parameter ng pag-tune mula sa mga pagbabago sa sanggunian.
Istraktura ng PID controller:
Ang mga taga-kontrol ng PID ay idinisenyo batay sa teknolohiyang microprocessor. Ang iba't ibang mga paninda ay gumagamit ng iba't ibang istraktura ng PID at equation. Karamihan sa mga karaniwang ginagamit na equation ng PID ay; parallel, ideal at serye ng equation na PID.
Sa parallel equation ng PID, ang proporsyonal, integral at mga derivative na aksyon ay magkakahiwalay na gumagana sa bawat isa at pagsamahin ang epekto ng tatlong mga aksyon na ito ay kumilos sa system. Ang diagram ng block ng ganitong uri ng PID ay ipinapakita sa ibaba;
Sa perpektong equation ng PID, makakuha ng pare-pareho k p ay ipinamamahagi sa lahat ng term. Kaya, ang mga pagbabago sa k p ay nakakaapekto sa lahat ng iba pang mga term sa equation.
Sa serye ng equation na PID, makakuha ng pare-pareho k p ay ipinamamahagi sa lahat ng mga term na katulad ng perpektong equation ng PID, ngunit sa equation na ito na integral at derivative pare-pareho ay may epekto sa proportional na aksyon.
Mga aplikasyon ng PID controller:
Pagkontrol sa temperatura:
Kumuha tayo ng isang halimbawa ng AC (air-conditioner) ng anumang halaman / proseso. Ang setpoint ay temperatura (20 ͦ C) at ang kasalukuyang sinusukat na temperatura ng sensor ay 28 ͦ C. Ang aming hangarin ay upang patakbuhin ang AC sa nais na temperatura (20 ͦ C). Ngayon, taga-kontrol ng AC, bumuo ng signal ayon sa error (8 ͦ C) at ang senyas na ito ay ibinibigay sa AC. Ayon sa senyas na ito, ang output ng AC ay binago at ang temperatura ay bumaba sa 25 ͦ C. ang karagdagang proseso ay uulitin hanggang sa masukat ng temperatura sensor ang nais na temperatura. Kapag ang error ay zero, ibibigay ng controller ang stop command sa AC at muli ang temperatura ay tataas hanggang sa tiyak na halaga at muli ang error ay bubuo at ang parehong proseso ay paulit-ulit na patuloy.
Pagdidisenyo ng MPPT (Maximum power point tracking) charge controller para sa solar PV:
Ang katangian ng IV ng isang selula ng PV ay nakasalalay sa antas ng temperatura at irradiance. Kaya, ang operating boltahe at kasalukuyang ay patuloy na magbabago patungkol sa pagbabago sa mga kondisyon sa atmospera. Samakatuwid, napakahalaga na subaybayan ang maximum point ng kuryente para sa isang mahusay na sistema ng PV. Upang makahanap ng MPPT, ginagamit ang PID controller at para sa kasalukuyang at boltahe na setpoint ay ibinibigay sa controller. Kung magbabago ang mga kundisyon sa atmospera, pinapanatili ng tracker na ito ang boltahe at kasalukuyang pare-pareho.
Power converter ng electronics:
Ang PID controller ay pinaka-kapaki-pakinabang sa application ng electronics na kapangyarihan tulad ng mga converter. Kung ang isang converter ay konektado sa system, ayon sa pagbabago sa load, ang output ng converter ay dapat baguhin. Halimbawa, ang isang inverter ay konektado sa pag-load, kung ang pagtaas ng pag-load ng mas maraming kasalukuyang daloy mula sa inverter. Kaya, ang boltahe at kasalukuyang parameter ay hindi maayos, magbabago ito alinsunod sa kinakailangan. Sa kondisyong ito, ginagamit ang PID controller upang makabuo ng mga pulso ng PWM para sa paglipat ng mga IGBT ng inverter. Ayon sa pagbabago sa pag-load, ang signal ng feedback ay ibinibigay sa controller at bubuo ito ng error. Ang mga pulso ng PWM ay nabuo ayon sa signal ng error. Kaya, sa kundisyong ito makakakuha tayo ng variable na input at variable output na may parehong inverter.