کنترلر PID امروزه به طور گسترده در صنایع استفاده میشود. اگرچه توابع کنترل کننده PID داخلی در PLC وجود دارد، این عملکرد در بسیاری از برنامه ها استفاده میشود. تقریباً ۹۵٪ از فرآیند حلقه بسته در بخش اتوماسیون صنعتی از این نوع کنترلر استفاده میکند.
PID مخفف کلمات Proportional (تناسبی)، Integral (انتگرال گیر)، Derivative (مشتق گیر) است.
این سه کنترلر به گونه ای ترکیب شده اند که میتوانند فرآیند را طبق مقدار تعریف شده توسط کاربر کنترل کنند.
بیایید مثالی بزنیم تا عملکرد کنترلر PID را بهتر درک کنیم:
کنترلر PID
این نمونه کوچکی از فرآیند کنترل دما با استفاده از کنترلر PID است. ما اینجا یک کوره داریم و میخواهیم دمای کوره را کنترل کنیم. به همین دلیل است که باید مقداری از دما را که میخواهیم حفظ کنیم، بدهیم و این مقدار دما مقدار دلخواه یا مقدار تنظیم نامیده میشود.
دمای کوره ای که در اینجا از طریق یک آشکارساز دما دریافت میکنیم، سنسور RTD که مستقیماً به کنترل کننده PID متصل است. به این بازخورد یا مقدار واقعی میگوییم. این بازخورد یا مقدار واقعی با مقدار تنظیم شده مقایسه میشود و تفاوت بین این دو سیگنال خطا ما است. کنترل کننده PID بر اساس این مقایسه خروجی را تولید میکند و خروجی را به شیر کنترل میدهد.
برای حفظ دمای کوره، در اینجا جریان گاز را توسط یک شیر کنترل کنترل میکنیم. موقعیت این شیر کنترل در اینجا از طریق کنترل کننده PID. زمان پاسخ فرآیند صرفاً به سه مقدار مانند بهره متناسب، زمان انتگرال و زمان مشتق بستگی دارد.
حالت کنترل تناسبی (P-Controller) در کنترلر پی آی دی:
کنترلکننده متناسب خروجی کنترل را متناسب با خطا تولید میکند. این مقدار خطا با بهره متناسب ضرب میشود تا پاسخ خروجی مشخص شود.
اگر بهره خیلی زیاد تنظیم شود، خروجی کنترل کننده شروع به نوسان میکند و ناپایدار میشود و اگر بهره در مقدار بسیار کم تنظیم شود، خروجی کنترل کننده به تغییرات مقدار تنظیم شده پاسخ نمیدهد.
استفاده از کنترل کننده متناسب به تنهایی دارای یک اشکال بزرگ است. offset یک خطای پایدار است و انجام نخواهد شد با استفاده از یک کنترل کننده تناسبی به تنهایی حذف میشود.
زمانی که بهره متناسب افزایش مییابد، سرعت پاسخ افزایش مییابد.
حالت کنترل یکپارچه (PI-Controller) در کنترلر PID:
به دلیل محدودیت یک کنترل کننده متناسب، یک افست پیوسته وجود دارد. کنترل کننده انتگرال به طور مداوم خروجی کنترلر را افزایش و کاهش میدهد تا خطا را کاهش دهد.
اگر مقدار خطا بزرگ باشد، حالت انتگرال خروجی کنترلر را سریع افزایش/کاهش دهید و اگر مقدار خطا کوچک باشد، حالت انتگرال عملکرد را کند میکند.
برای زمان انتگرال بزرگ، سرعت پاسخ کنترل کننده کاهش مییابد و برای زمان انتگرال کوچک، سرعت پاسخ سریع خواهد بود.
حالت کنترل مشتق (PID-Controller):
محدودیتی برای I-controller وجود دارد که نمیتواند رفتار آینده خطا را پیش بینی کند. بنابراین زمانی که مقدار تنظیم شده تغییر میکند، فقط یک بار واکنش نشان میدهد.
کنترل کننده مشتق خروجی را بر اساس نرخ خطا تغییر میکند و به سرعت کار میکند و سپس کنترل کننده PI. اگر تغییری در خطا ایجاد نشود، خروجی این کنترلر صفر است.
سرعت پاسخ با افزایش در زمان مشتق افزایش مییابد. اگر مقدار زمان مشتق خیلی بزرگ باشد، نوسان رخ میدهد و سیستم ناپایدار میشود. برای مقدار صفر زمان مشتق، خروجی کنترل کننده صفر میشود.
گراف کنترلر P در مقابل PI در مقابل PID
چند نمونه از PID-Controller به طور کلی در صنایع استفاده میشود:
در مثال بالا، با کنترل موقعیت شیر کنترل با استفاده از تابع PID داخلی PLC.
در مثال بالا، ما فشار مکش را در یک مقدار مشخص با کنترل سرعت موتور با استفاده از تابع PID داخلی PLC کنترل میکنیم.
کاربرد کنترلر PID:
کنترلر PID در کروز کنترل خودرو
سامانه کنترل سرعت در خودرو یا کروز کنترل (cruise control)، یکی از ضروری ترین PID کنترلرهای مورد استفاده در زندگی روزمره ما است.
ابتدا سرعت ماشین را به سرعت مدنظرمان میرسانیم، سپس کروز کنترل خودرو را تنظیم میکنیم.
کروز کنترل سیگنال های خروجی را برای تنظیم سرعت، به throttle (خفه کننده) ارسال میکند.
یک سنسور سرعت (speed sensor) با به دست آوردن فیدبک حلقه کنترل و ارسال آن به کروز، کم یا زیاد شدن سرعت و مقدار این افزایش یا کاهش را برای throttle ماشین تعیین میکند.
کنترل دما با کنترلر PID (تاسیسات حرارتی)
PID های کنترل کننده دما یک نوع مستقل و رایج مورد استفاده در تولید و صنعت هستند.
این کنترل کننده ها کارایی بالایی در کنترل درجه حرارت تجهیزات مختلف دارند و استفاده و راه اندازی از آن ها بسیار ساده است.
برای مثال،
یک کنترل کننده PID درجه حرارت لوله های فرآیند را کنترل میکند.
در ابتدا، مثلا، 200 درجه فارنهایت را به عنوان نقطه تنظیم (set point) وارد میکنیم.
حال کنترلر، سیگنالی را به خروجی میفرستد تا گرمایش را آغاز کند.
فیدبک حلقه کنترل به شکل یک ترموکوپل است که درجه حرارت را میخواند.
در مثال ما، کنترلر PID میتواند به عنوان کنترل خاموش-روشن در سیستم ایجاد گرمایش کار کند.
همراه با نقطه تنظیم 200 درجه، ما کنترل کننده را در چند درجه بالا و پایین 200 نیز قرار میدهیم.
هنگامی که ترموکوپل دمای 202 درجه را خواند، گرمایش خاموش میشود.
هنگامی که 198 درجه را خواند، گرمایش روشن میشود.
این ساده ترین شکل از کنترلر PID است.
نمونه های بیشتری از توابع PID در بخش اتوماسیون در صنعت وجود دارد.
در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.
جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.
یا. یا .3 یا. و . 2 یا. و .یا . . 1 و. یا. و. یا. و. 1 یا. و. یا. و.یا .ویا. 4 یا. و. 5 یا. و. یا. 6 یا 7. و. یا. و. یا. 8 و. 9 و و . .. . 2 یا. یا. و. یا. 8 و. . . 1 و. یا. و. یا. و. 1 یا. و. یا. و.یا .ویا. 4 یا. و. 5 یا. و. یا. 6. یا. و.یا .ویا. 4 یا. یا .3 یا. و . 2 یا. و .یا . . 1 و. یا. و. یا. و. 1 یا. و. یا. و.یا .ویا. 4 یا. و. 5 یا. و. یا. 6 یا 7. و. یا. و یا. 8 و. 9 و و . .. . 2 یا. یا. و. یا. 8 و. . . 1 و. یا. و. یا. و. 1 یا. و. یا. و.یا .ویا. 4 یا. و. 5 یا. و. یا. 6. یا. و.یا .و
