کنترل کننده PID

کنترل کننده PID، که یک کنترل کننده سه بخشه، شامل بخش های تناسبی، انتگرال گیری، و مشتق گیری است، پر کاربرد ترین کنترل کننده در صنعت است، به طوری که حدود نود درصد کل کنترل کننده های مورد استفاده در صنعت، یا PID هستند، و یا از آن در ساختار های کنترلی دیگر استفاده می کنند. این امر به تنهایی گویای اهمیت این کنترل کننده است.

بر خلاف ظاهر ساده PID، طراحی این کنترل کننده، در عمل، فراتر از تنظیم سه پارامتر اصلی آن است. عوامل مختلفی در عملکرد این کنترل کننده تاثیر گذار اند، که از جمله ساختار کنترل کننده، درجه پروسه، نسبت ثابت زمانی غالب سیستم به زمان مرده پروسه، دینامیک عنصر محرک، نوع فیلتر بخش مشتق گیر و تنظیم پارامتر آن، رفتار غیر خطی در سیستم و غیره را می توان برشمرد. هر یک از این عوامل می توانند نقشی در روند طراحی و تنظیم کنترل کننده PID داشته باشند.

از این میان، دو مسئله مهم، عبارت اند از: طراحی فیلتر بخش مشتق گیر، و جبران آثار اشباع شدن عنصر محرک. پروژه حاضر به بررسی مفصل این دو می پردازد. اما پیش از آن، مبانی و اصول کنترل PID، اصلاحات اساسی در قانون پایه این کنترل کننده، ساختار های مختلف و منطق حاکم بر سه عمل آن، و نیز راهکار هایی برای انتخاب نوع کنترل کننده، معرفی و بحث می شوند.

در بخش طراحی فیلتر مشتق گیر، تاکید اساسی بر طراحی کنترل کننده بر اساس چهار پارامتر (سه پارامتر اصلی PID و چهارمی ثابت زمانی فیلتر) است. اهمیت این مطلب با شبیه سازی های مختلف روشن شده است. علاوه بر این، ساختار های اصلی PID در مورد عملکرد فیلتر با هم مقایسه شده، و راهبرد طراحی درست بحث شده است. بخش اصلی دیگر، به روش های مقابله با آثار اشباع شدن عنصر محرک می پردازد. در این مورد چندین تکنیک معرفی، و با هم مقایسه شده اند، که تکنیک های انتگرال گیری شرطی، و محاسبه معکوس از آن جمله اند. در اکثر بحث ها و بررسی ها، آسان بودن ساخت و کاربرد، و نیز رسیدن به عملکرد لازم با کمترین هزینه، مورد توجه بوده است. نتایج به کار گیری برخی از این روش ها، در شبیه سازی های انجام شده آمده است.

Proportional-Integral-Derivative controllers are the most widely used ones in industry, actually, more than ninety percent of all the implemented controllers are PID controllers, this obviously shows the PID controller importance.

In spite of its relative simplicity, the design of the PID controller is not limited to tuning of its three coefficients. Various factors, including controller structure, process degree, ratio of dead-time to dominant time constant, derivative filter design and its tuning, integrator windup and system non-linearity, etc, can affect the controller performance.

Among these factors, two important ones are: Derivative filter design, and integrator windup effect, which we will discuss in detail in this project.

First of all, basics of PID control, its different structures, and some modifications of the basic PID control law, along with some guidelines of choice of controller type are discussed.

In the Derivative Filter Design chapter, we emphasis on four-parameter tuning of PID controller and represent several simulation to show the effectiveness of the method. Besides, the performance of the derivative filter on different structures of the controller is discussed.
Another chapter is dedicated to the integrator anti-windup methods; several techniques, including conditional integration and back-calculation, are introduced and compared. In most of the discussions, the simplicity of design and cost/benefit efficiency has been considered. Also some of the results are emphasized through simulations.

چرا از PID استفاده کنیم؟
شاید برای شما هم این سوال پیش امده باشد که دلیل استفاده از حلقه های کنترل PID درصنعت چیست وچرا نمیتوان همان ماژول کنترلی را با حلقه های کنترلی P یا PI به انجام رسانید؟ کنترلرهای مورد استفاده در صنعت به صورت On/Off و یا از خانواده ی کنترلرهای PID می باشند. خروجی کنترلرهای On/Off به شکل باینری می باشد و می توانند از طریق سولونوئیدوالو valve یا سایر تجهیزات عملگر باعث باز شدن و یا بسته شدن کامل شیر کنترل یا اجزای تحت کنترل مورد نظر ما شوند. در کنترلرهای proportional یک خروجی پیوسته و غیر باینری داریم ولی مشکل عمده در آن وجود یک خطای ماندگار است که باعث می شود مقدار measurement هرگز به set point نرسد. در کنترلرهای PI این خطای ماندگار از بین می رود ولی وجود انتگرال سیستم را کند کرده و ثابت میرایی سیستم و زمان نشست افزایش می یابد. (تعداد peak های بیشتر) در کنترلرهای PID این مشکل نیز برطرف شده است و یکی از پرکاربرترین کنترلرها در صنعت می باشند. برای مثال در کنترل دما به علت وجود تأخیر زمانی ذاتی سیستم، استفاده از Derivative در کنترلر الزامی می باشد؛ اما در کنترل سطح وجود عنصر مشتق گیر الزامی نیست ولی از intergral حتماً استفاده می شود. طیف وسیعی از کنترلرهایی که در پالایشگاه یا سایر صنایع بزرگ استفاده می شود را کنترلرهای نیوماتیکی تشکیل می دهند ولی در سال های اخیر میکروکنترلرها و نیز PLC استفاده گسترده ای یافته اند.

کنترل کننده PID

مطالب مشابه :

-176. کنترل کننده PID Controller - PID

کنترل کننده PID

همه چیز راجع به کنترلر دما DTC1000 دلتا – PID Controller

کنترلر پی آی دی

آدم‌ها و كنترلر PID

پروژه كنترل كننده pid با AVR

دانلود پروژه طراحی کنترلر PID سیستمی ابداعی

کتابچه ای درباره طراحی ، تنظیم و پیاده سازی کنترل کننده های PID

کنترل دمای محیط با PID کنترلر