בקר פרופורציונלי-אינטגרלי דיפרנציאלי הוא התקן המותקן במערכות אוטומטיות כדי לשמור על פרמטר נתון שמסוגל להשתנות.
במבט ראשון, הכל מבלבל, אבל בקרת PID אפשר להסביר גם עבור בובות, כלומר. אנשים שאינם מכירים היטב מערכות ומכשירים אלקטרוניים.
תוֹכֶן
מהו בקר PID?
בקר PID הוא מכשיר מובנה בלולאת הבקרה עם משוב חובה. הוא נועד לשמור על רמות מוגדרות של נקודות קבע, כגון טמפרטורת האוויר.
המכשיר מספק אות בקרה או פלט להתקן הבקרה, בהתבסס על הנתונים המתקבלים מהחיישנים או החיישנים. לבקרים יש שיעורי דיוק גבוהים של תהליכים חולפים ואיכות המשימה.
שלושה מקדמים של בקר PID ועיקרון הפעולה
תפקידו של בקר ה-PID הוא לספק אות פלט של כמות ההספק הנדרשת כדי לשמור על המשתנה הנשלט ברמה נתונה. כדי לחשב את המחוון, נעשה שימוש בנוסחה מתמטית מורכבת, הכוללת 3 מקדמים - פרופורציונלי, אינטגרלי, דיפרנציאלי.
הבה ניקח כאובייקט של ויסות מיכל עם מים, שבו יש צורך לשמור על הטמפרטורה ברמה נתונה על ידי התאמת מידת הפתיחה של השסתום עם קיטור.
הרכיב היחסי מופיע ברגע של אי הסכמה עם נתוני הקלט. במילים פשוטות, זה נשמע כך - ההפרש בין הטמפרטורה בפועל לטמפרטורה הרצויה נלקח, מוכפל במקדם מתכוונן ומתקבל אות פלט, אותו יש להפעיל על השסתום. הָהֵן. ברגע שהמעלות יורדות, תהליך החימום מתחיל, הם עולים מעל הסימון הרצוי - הוא נכבה או אפילו מתקרר.
ואז מגיע הרכיב האינטגרלי, שנועד לפצות על השפעת הסביבה או השפעות מטרידות אחרות על שמירה על הטמפרטורה שלנו ברמה נתונה. מכיוון שתמיד יש גורמים נוספים שמשפיעים על המכשירים הנשלטים, הנתון כבר משתנה בזמן שמתקבלים נתונים לחישוב הרכיב היחסי. וככל שההשפעה החיצונית גדולה יותר, כך מתרחשות התנודות של האינדיקטור חזקות יותר. נחשולי מתח מתרחשים.
הרכיב האינטגרלי מנסה, בהתבסס על ערכי טמפרטורה בעבר, להחזיר את ערכו אם הוא השתנה. התהליך מתואר בפירוט רב יותר בסרטון למטה.
ואז אות הפלט של הרגולטור, על פי המקדם, מוחל כדי להגדיל או להקטין את הטמפרטורה. עם הזמן נבחר הערך המפצה על גורמים חיצוניים והקפיצות נעלמים.
האינטגרל משמש לביטול שגיאות על ידי חישוב השגיאה הסטטית. העיקר בתהליך זה הוא לבחור את המקדם הנכון, אחרת השגיאה (אי ההתאמה) תשפיע גם על הרכיב האינטגרלי.
המרכיב השלישי של ה-PID הוא המבדיל. הוא נועד לפצות על השפעת העיכובים המתרחשים בין ההשפעה על המערכת לבין המשוב. הבקר הפרופורציונלי מספק חשמל עד שהטמפרטורה מגיעה לרמה הרצויה, אך כאשר מידע עובר למכשיר, במיוחד בערכים גדולים, תמיד מתרחשות שגיאות. זה עלול להוביל להתחממות יתר. הדיפרנציאל מנבא סטיות הנגרמות על ידי עיכובים או השפעות סביבתיות ומפחית מראש את ההספק המסופק.
כוונון בקר PID
כוונון בקר PID מתבצע ב-2 שיטות:
- סינתזה מרמזת על חישוב פרמטרים המבוססים על המודל של המערכת. הגדרה זו מדויקת, אך דורשת ידע מעמיק בתיאוריית הבקרה האוטומטית. זה כפוף רק למהנדסים ומדענים. מאז יש צורך להסיר את מאפייני הצריכה ולעשות חבורה של חישובים.
- השיטה הידנית מבוססת על ניסוי וטעייה. לשם כך, הנתונים של מערכת שכבר הושלמה נלקחים כבסיס, כמה התאמות נעשות למקדם אחד או יותר של הרגולטור. לאחר הדלקה והתבוננות בתוצאה הסופית, הפרמטרים משתנים בכיוון הנכון. וכך הלאה עד שמגיעים לרמת הביצוע הרצויה.
השיטה התיאורטית של ניתוח וכוונון משמשת לעתים רחוקות בפועל, מה שנובע מבורות של המאפיינים של אובייקט הבקרה וחבורה של השפעות מטרידות אפשריות. שיטות ניסוי המבוססות על ניטור המערכת נפוצות יותר.
תהליכים אוטומטיים מודרניים מיושמים כמודולים מיוחדים בשליטה של תוכניות להתאמת המקדמים של הרגולטור.
מטרת בקר PID
בקר ה-PID נועד לשמור על ערך מסוים ברמה הנדרשת - טמפרטורה, לחץ, מפלס במיכל, זרימה בצנרת, ריכוז של משהו וכו', על ידי שינוי פעולת הבקרה על מפעילים, כגון שסתומי בקרה אוטומטיים, שימוש בכמויות פרופורציונליות, אינטגרליות, מבדילות להגדרתו.
מטרת השימוש היא להשיג אות בקרה מדויק המסוגל לשלוט בתעשיות גדולות ואף בכורים של תחנות כוח.
דוגמה לבקרת טמפרטורה
לעתים קרובות משתמשים בבקרי PID לשליטה בטמפרטורה, ניקח דוגמה פשוטה של חימום מים במיכל ונשקול את התהליך האוטומטי הזה.
לתוך המיכל יוצקים נוזל, אותו יש לחמם לטמפרטורה הרצויה ולשמור על רמה נתונה. חיישן טמפרטורה מותקן בתוך המיכל - צמד תרמי אוֹ מדחום התנגדות והוא מחובר ישירות לבקר PID.
כדי לחמם את הנוזל, נספק קיטור, כפי שמוצג באיור למטה, עם שסתום בקרה אוטומטי. השסתום עצמו מקבל אות מהווסת.המפעיל מזין את ערך נקודת הטמפרטורה בבקר PID, אותו יש לשמור במיכל.
אם מקדמי הבקר אינם מוגדרים כהלכה, יתרחשו קפיצות בטמפרטורת המים, כאשר השסתום פתוח לחלוטין או סגור לחלוטין. במקרה זה, יש צורך לחשב את מקדמי בקר ה-PID ולהזין אותם מחדש. אם הכל נעשה נכון, לאחר פרק זמן קצר המערכת תאזן את התהליך והטמפרטורה במיכל תישמר ברמה נתונה, בעוד שמידת הפתיחה של שסתום הבקרה תהיה במצב האמצעי.
מאמרים דומים:
