PID Controller adalah pengontrol yang banyak digunakan di bidang kontrol industri, nama lengkapnya adalah pengontrol proporsional-integral-derivatif (pengontrol proporsional-integral-derivatif). Ini adalah pengontrol linier, melalui tiga parameter proporsional (P), integral (I) dan diferensial (d) (d) dari penyesuaian, untuk mencapai kontrol akurat dari output sistem.
Pertama, prinsip dasar pengontrol PID
Kontrol Proporsional (Kontrol P)
Kontrol proporsional adalah metode kontrol paling dasar dalam pengontrol PID. Gagasan intinya adalah membandingkan penyimpangan antara nilai output sistem dan nilai yang diinginkan, dan kemudian menyesuaikan jumlah kontrol sesuai dengan ukuran penyimpangan. Rumus untuk kontrol proporsional adalah:
u (t)=kp * e (t)
Di mana U (T) menunjukkan kuantitas kontrol, KP menunjukkan koefisien proporsionalitas dan E (t) menunjukkan penyimpangan.
Keuntungan dari kontrol proporsional adalah respons yang cepat, tetapi kerugiannya adalah adanya kesalahan kondisi mapan, yaitu, ketika sistem mencapai kondisi mapan, masih ada beberapa penyimpangan antara nilai output dan nilai yang diinginkan.
Kontrol Integral (Kontrol I)
Kontrol integral diperkenalkan untuk menghilangkan kesalahan kondisi mapan dalam kontrol proporsional. Gagasan intinya adalah untuk mengintegrasikan nilai akumulasi penyimpangan dari waktu ke waktu dan kemudian menyesuaikan kuantitas kontrol sesuai dengan nilai integral. Rumus untuk kontrol integral adalah:
u (t)=u (t -1) + ki * ∫e (t) dt
di mana KI menunjukkan koefisien integral dan dt (t) DT menunjukkan nilai integral dari penyimpangan.
Keuntungan dari kontrol integral adalah bahwa ia menghilangkan kesalahan kondisi mapan, tetapi kerugiannya adalah bahwa hal itu dapat menyebabkan overshoot dan osilasi dalam sistem.
Kontrol diferensial (kontrol D)
Kontrol diferensial diperkenalkan untuk meningkatkan stabilitas dan kecepatan respons sistem. Gagasan intinya adalah untuk memprediksi tren penyimpangan dan kemudian menyesuaikan kuantitas kontrol sesuai dengan tren. Rumus untuk kontrol diferensial adalah:
u (t)=u (t -1) + kd * de (t)/dt
di mana KD menunjukkan koefisien diferensial dan DE (T)/DT menunjukkan laju perubahan penyimpangan.
Keuntungan dari kontrol diferensial adalah bahwa ia dapat meningkatkan stabilitas dan kecepatan respons sistem, tetapi kerugiannya adalah bahwa ia sensitif terhadap kebisingan dan dapat menyebabkan fluktuasi dalam kuantitas kontrol.
Kedua, metode desain pengontrol PID
Tentukan tujuan kontrol
Sebelum mendesain pengontrol PID, Anda pertama -tama harus menentukan tujuan kontrol, yaitu, keadaan seperti apa yang Anda inginkan untuk dicapai oleh output sistem. Tujuan kontrol dapat berupa kesalahan kondisi mapan, overshoot, waktu naik, dll.
Membangun model matematika
Menurut prinsip kerja sistem aktual, menetapkan model matematika. Model matematika bisa linier atau nonlinier. Untuk sistem linier, fungsi transfer, ruang negara dan metode lain dapat digunakan untuk pemodelan; Untuk sistem nonlinier, jaringan saraf, kontrol fuzzy dan metode lain dapat digunakan untuk pemodelan.
Tentukan parameter PID
Menurut model tujuan kontrol dan matematika, tentukan KP koefisien proporsional, KI koefisien integral dan koefisien diferensial KD dari pengontrol PID. Metode penyetelan parameter yang umum digunakan adalah:
(1) Metode empiris: Menurut pengalaman, pilih koefisien proporsional yang sesuai, koefisien integral dan koefisien diferensial.
(2) Metode Trial and Error: Dengan terus -menerus menyesuaikan parameter PID dan mengamati respons sistem, sampai efek kontrol yang memuaskan tercapai.
(3) Metode Optimasi: Gunakan algoritma optimasi (seperti algoritma genetika, algoritma partikel swarm, dll.) Untuk mengoptimalkan parameter PID untuk mendapatkan efek kontrol terbaik.
Verifikasi Simulasi
Setelah menentukan parameter PID, perlu untuk melakukan verifikasi simulasi. Verifikasi simulasi dapat dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak seperti Matlab, Simulink, dll. Melalui verifikasi simulasi, kinerja pengontrol PID dapat diperiksa untuk melihat apakah memenuhi tujuan kontrol.
Aplikasi praktis
Setelah verifikasi simulasi dilewati, pengontrol PID diterapkan pada sistem yang sebenarnya. Dalam proses aplikasi praktis, parameter PID mungkin perlu disesuaikan untuk beradaptasi dengan perubahan dalam kondisi kerja yang sebenarnya.
Ketiga, aplikasi pengontrol PID
PID Controller telah banyak digunakan di bidang kontrol industri karena karakteristiknya yang sederhana, praktis, mudah diterapkan dan lainnya. Area aplikasi umum meliputi:
Kontrol suhu: seperti boiler, pendingin udara, reaktor kimia.
Kontrol aliran: seperti pompa air, kompresor, transportasi pipa.
Kontrol tekanan: seperti sistem hidrolik, sistem pneumatik, dll.
Kontrol Kecepatan: Seperti motor, sabuk pengantar, dll.
Kontrol Posisi: Seperti robot, crane, dll.
Kontrol proses reaksi kimia: seperti reaktor kimia, tangki fermentasi.
Keempat, kelebihan dan kerugian dari pengontrol PID
Keuntungan
(1) Struktur Sederhana: Pengontrol PID terdiri dari proporsional, integral, diferensial tiga bagian, struktur sederhana, mudah dimengerti dan disadari.
(2) Mudah untuk menyesuaikan parameter: parameter pengontrol PID (kp, ki, kD) dapat disesuaikan sesuai dengan tujuan kontrol, memiliki fleksibilitas yang baik.
(3) Berbagai aplikasi: Pengontrol PID berlaku untuk berbagai sistem linier dan nonlinier, dengan universalitas yang baik.
(4) Biaya realisasi rendah: PID Controller memiliki biaya realisasi yang rendah dan dapat diterapkan pada berbagai sistem kontrol industri.
Kerugian
(1) Peka terhadap kebisingan: Kontrol diferensial sensitif terhadap kebisingan, yang dapat menyebabkan fluktuasi dalam volume kontrol.
(2) Kesulitan dalam penyesuaian parameter: Untuk sistem yang kompleks, penyesuaian parameter PID mungkin sulit, membutuhkan banyak tes dan penyesuaian.
(3) Ketidakmampuan untuk menangani sistem nonlinier: Untuk sistem nonlinier, kinerja pengontrol PID tidak dapat menangani sistem nonlinier.