औद्योगिक नियंत्रण में उपयोग किए जाने वाले सामान्य पीआईडी ​​नियंत्रक क्या हैं

PID नियंत्रक औद्योगिक नियंत्रण के क्षेत्र में एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला नियंत्रक है, इसका पूरा नाम आनुपातिक-अभिन्न-व्युत्पन्न नियंत्रक (आनुपातिक-अभिन्न-व्युत्पन्न नियंत्रक) है। यह एक रैखिक नियंत्रक है, सिस्टम आउटपुट के सटीक नियंत्रण को प्राप्त करने के लिए आनुपातिक (पी), इंटीग्रल (आई) और डिफरेंशियल (डी) समायोजन के तीन मापदंडों के माध्यम से।

सबसे पहले, पीआईडी ​​नियंत्रक का मूल सिद्धांत

आनुपातिक नियंत्रण
आनुपातिक नियंत्रण पीआईडी ​​नियंत्रक में सबसे बुनियादी नियंत्रण विधि है। इसका मुख्य विचार सिस्टम के आउटपुट मूल्य और वांछित मूल्य के बीच विचलन की तुलना करना है, और फिर विचलन के आकार के अनुसार नियंत्रण राशि को समायोजित करना है। आनुपातिक नियंत्रण का सूत्र है:
u (t)=kp * e (t)
जहां यू (टी) नियंत्रण मात्रा को दर्शाता है, केपी आनुपातिकता गुणांक को दर्शाता है और ई (टी) विचलन को दर्शाता है।
आनुपातिक नियंत्रण का लाभ तेजी से प्रतिक्रिया है, लेकिन नुकसान स्थिर राज्य त्रुटि का अस्तित्व है, यानी, जब सिस्टम स्थिर स्थिति तक पहुंचता है, तो आउटपुट मूल्य और वांछित मूल्य के बीच अभी भी कुछ विचलन है।

अभिन्न नियंत्रण (मैं नियंत्रण)
आनुपातिक नियंत्रण में स्थिर राज्य त्रुटि को खत्म करने के लिए इंटीग्रल कंट्रोल पेश किया गया था। इसका मुख्य विचार समय के साथ विचलन के संचित मूल्य को एकीकृत करना है और फिर अभिन्न मूल्य के अनुसार नियंत्रण मात्रा को समायोजित करना है। अभिन्न नियंत्रण का सूत्र है:
u (t)=u (t {-1}) प्लस ki * ∫e (t) dt
जहां KI अभिन्न गुणांक को दर्शाता है और ∫e (t) dt विचलन के अभिन्न मूल्य को दर्शाता है।
अभिन्न नियंत्रण का लाभ यह है कि यह स्थिर राज्य त्रुटि को समाप्त करता है, लेकिन नुकसान यह है कि यह सिस्टम में ओवरशूट और दोलनों का कारण बन सकता है।

विभेदक नियंत्रण
सिस्टम की स्थिरता और प्रतिक्रिया गति में सुधार के लिए विभेदक नियंत्रण पेश किया गया था। इसका मुख्य विचार विचलन की प्रवृत्ति की भविष्यवाणी करना है और फिर प्रवृत्ति के अनुसार नियंत्रण मात्रा को समायोजित करना है। अंतर नियंत्रण का सूत्र है:
u (t)=u (t {-1}) प्लस kd * de (t)/dt
जहां केडी अंतर गुणांक को दर्शाता है और डी (टी)/डीटी विचलन के परिवर्तन की दर को दर्शाता है।
अंतर नियंत्रण का लाभ यह है कि यह सिस्टम की स्थिरता और प्रतिक्रिया की गति में सुधार कर सकता है, लेकिन नुकसान यह है कि यह शोर के प्रति संवेदनशील है और नियंत्रण मात्रा में उतार -चढ़ाव का कारण बन सकता है।

दूसरा, पीआईडी ​​नियंत्रक की डिजाइन विधि

नियंत्रण उद्देश्य निर्धारित करें
पीआईडी ​​नियंत्रक को डिजाइन करने से पहले, आपको पहले नियंत्रण उद्देश्य को परिभाषित करने की आवश्यकता है, अर्थात्, आप किस तरह की स्थिति चाहते हैं कि सिस्टम आउटपुट प्राप्त करना है। नियंत्रण उद्देश्य स्थिर राज्य त्रुटि, ओवरशूट, वृद्धि समय, आदि हो सकता है।

गणितीय मॉडल स्थापित करें
वास्तविक प्रणाली के कार्य सिद्धांत के अनुसार, एक गणितीय मॉडल स्थापित करें। गणितीय मॉडल रैखिक या nonlinear हो सकता है। रैखिक प्रणालियों के लिए, स्थानांतरण कार्यों, राज्य स्थान और अन्य तरीकों का उपयोग मॉडलिंग के लिए किया जा सकता है; नॉनलाइनियर सिस्टम के लिए, तंत्रिका नेटवर्क, फजी नियंत्रण और अन्य तरीकों का उपयोग मॉडलिंग के लिए किया जा सकता है।

पीआईडी ​​मापदंडों का निर्धारण करें
नियंत्रण उद्देश्य और गणितीय मॉडल के अनुसार, PID नियंत्रक के आनुपातिक गुणांक KP, अभिन्न गुणांक KI और अंतर गुणांक KD का निर्धारण करें। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले पैरामीटर ट्यूनिंग तरीके हैं:
(1) अनुभवजन्य विधि: अनुभव के अनुसार, उपयुक्त आनुपातिक गुणांक, अभिन्न गुणांक और अंतर गुणांक का चयन करें।
(2) परीक्षण और त्रुटि विधि: PID मापदंडों को लगातार समायोजित करके और सिस्टम प्रतिक्रिया का अवलोकन करके, जब तक कि एक संतोषजनक नियंत्रण प्रभाव प्राप्त नहीं होता है।
(3) अनुकूलन विधि: सबसे अच्छा नियंत्रण प्रभाव प्राप्त करने के लिए पीआईडी ​​मापदंडों को अनुकूलित करने के लिए अनुकूलन एल्गोरिदम (जैसे आनुवंशिक एल्गोरिथ्म, कण झुंड एल्गोरिथ्म, आदि) का उपयोग करें।

अनुकरण सत्यापन
पीआईडी ​​मापदंडों का निर्धारण करने के बाद, सिमुलेशन सत्यापन करना आवश्यक है। सिमुलेशन सत्यापन को मैटलैब, सिमुलिंक, आदि जैसे सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके किया जा सकता है। सिमुलेशन सत्यापन के माध्यम से, पीआईडी ​​नियंत्रक के प्रदर्शन को यह देखने के लिए जांचा जा सकता है कि क्या यह नियंत्रण उद्देश्यों को पूरा करता है।

व्यावहारिक अनुप्रयोग
सिमुलेशन सत्यापन पारित होने के बाद, पीआईडी ​​नियंत्रक को वास्तविक प्रणाली पर लागू किया जाता है। व्यावहारिक अनुप्रयोग की प्रक्रिया में, पीआईडी ​​मापदंडों को वास्तविक कामकाजी परिस्थितियों में परिवर्तनों के अनुकूल होने के लिए ठीक-ठीक करने की आवश्यकता हो सकती है।

तीसरा, पीआईडी ​​नियंत्रक का आवेदन
पीआईडी ​​नियंत्रक का व्यापक रूप से औद्योगिक नियंत्रण के क्षेत्र में इसका सरल, व्यावहारिक, लागू करने में आसान और अन्य विशेषताओं के कारण व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। सामान्य अनुप्रयोग क्षेत्रों में शामिल हैं:
तापमान नियंत्रण: जैसे बॉयलर, एयर कंडीशनर, रासायनिक रिएक्टर।
प्रवाह नियंत्रण: जैसे कि पानी पंप, कंप्रेशर्स, पाइपलाइन परिवहन।
दबाव नियंत्रण: जैसे कि हाइड्रोलिक सिस्टम, वायवीय सिस्टम, आदि।
गति नियंत्रण: जैसे कि मोटर्स, कन्वेयर बेल्ट, आदि।
स्थिति नियंत्रण: जैसे कि रोबोट, क्रेन, आदि।
रासायनिक प्रतिक्रिया प्रक्रिया नियंत्रण: जैसे रासायनिक रिएक्टर, किण्वन टैंक।

चौथा, पीआईडी ​​नियंत्रक के फायदे और नुकसान

लाभ
(1) सरल संरचना: पीआईडी ​​नियंत्रक में आनुपातिक, अभिन्न, अंतर तीन भाग, सरल संरचना, समझने में आसान और महसूस करने में आसान होता है।
(2) मापदंडों को समायोजित करना आसान है: पीआईडी ​​नियंत्रक पैरामीटर (केपी, केआई, केडी) को नियंत्रण उद्देश्य के अनुसार समायोजित किया जा सकता है, अच्छा लचीलापन है।
(3) एप्लिकेशन की विस्तृत श्रृंखला: पीआईडी ​​कंट्रोलर अच्छी सार्वभौमिकता के साथ विभिन्न प्रकार के रैखिक और नॉनलाइनियर सिस्टम पर लागू होते हैं।
(४) कम अहसास लागत: पीआईडी ​​नियंत्रक में कम एहसास लागत है और इसे विभिन्न औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियों पर लागू किया जा सकता है।

नुकसान
(1) शोर के प्रति संवेदनशील: अंतर नियंत्रण शोर के प्रति संवेदनशील है, जिससे नियंत्रण मात्रा में उतार -चढ़ाव हो सकता है।
(2) पैरामीटर समायोजन में कठिनाई: जटिल प्रणालियों के लिए, पीआईडी ​​मापदंडों का समायोजन मुश्किल हो सकता है, कई परीक्षणों और समायोजन की आवश्यकता होती है।
(3) nonlinear सिस्टम से निपटने में असमर्थता: nonlinear सिस्टम के लिए, PID नियंत्रकों का प्रदर्शन nonlinear सिस्टम से निपट नहीं सकता है।