Penjelasan pengendali PID

Saya belum menemukan teks yang menjelaskan pengontrol PID dengan kata-kata sederhana. Saya tahu teori: menghitung turunan dan keuntungan proporsional dan integral dll, tapi saya perlu tahu pada kenyataannya apa output dari masing-masing fungsi dan setiap kombinasi fungsi.

Misalnya, dimulai dengan proporsional: mengirimkan input yang proporsional dengan kesalahan yang direkam. Jadi, jika kesalahannya 5 V, apakah itu untuk mengurangi itu? atau ? atau atau apa? Saya tidak mengerti.$\frac{1}{2}\cdot5\text{ V}$$\frac{1}{5}\cdot5\text{ V}$$-\frac{1}{5}\cdot5\text{ V}$

Adapun turunannya, ia memantau turunannya dalam waktu tertentu? Lalu apa? Juga, bagaimana jika ada noise / gangguan di awal, sehingga pengontrol PID tidak akan memiliki tingkat perubahan penggunaan yang normal untuk dibandingkan? Sama dengan integral. Bisakah Anda mengarahkan saya ke sumber yang bagus atau tolong jelaskan saya?

Fungsi PID yang kebanyakan orang gunakan setiap hari adalah koordinasi tangan-mata untuk menyetir mobil atau sepeda. Mata Anda adalah input, sudut setir / handle bar adalah output. Titik setel biasanya merupakan pusat lajur Anda (sampai rusa melompat keluar atau anjing mengejar Anda).


Pikiran Anda harus terus - menerus mempertimbangkan 3 faktor yang berbeda saat membentuk tugas ini. Pentingnya menempatkan pada setiap faktor didasarkan pada pengalaman masa lalu, yang disebut "tuning" di dunia PID.

Proporsional: "Saya jauh dari pusat jalur, saya harus kembali ke arah itu."
Secara alami, jika saya jauh, saya ingin menjadi lebih tajam daripada jika saya sangat dekat. Ini akan memungkinkan saya untuk kembali ke pusat jalur saya tepat waktu.

Turunan: "Saya lebih baik tidak hanya menarik palang roda / pegangan ke arah itu atau saya akan mengoreksi, menggulung, dan menabrak."
Anda mungkin berada di selokan, tetapi pengalaman mengemudi Anda mengajarkan Anda bahwa jika Anda menoleh dengan tajam, hal-hal akan berubah dengan sangat cepat dan Anda perlu mengurangi seberapa tajam Anda berpaling agar tidak menembakkan titik setel Anda dan memasuki lalu lintas yang akan datang.

Integral: "Angin terus mendorong saya ke tepi jalan, dan saya harus mengubahnya agar tetap kasar"
Anda cukup dekat dengan pusat jalur Anda, tetapi tidak cukup di tempat yang Anda inginkan. Proporsional kecil karena Anda benar-benar dekat dan Derivatif kecil karena Anda tidak berubah sangat cepat. Integral adalah istilah yang masuk dan mengatakan, "Hei sekarang, aku tahu kita tidak banyak, tapi kita sudah lama tidak aktif; bagaimana kalau kita berubah menjadi angin sehingga kita bisa memegang titik setel kita."

PID tidak sempurna, dan kemampuan kemudi Anda sebenarnya sedikit lebih baik daripada PID standar. Anda cukup pintar untuk menyadari bahwa ketika angin menghilang (untuk beberapa alasan yang tidak diketahui) Anda nol istilah integral Anda dan tidak berkeliaran ke lalu lintas yang berlawanan sambil menunggu angin kembali. Manusia juga mengatur sendiri selama operasi dengan mempertimbangkan input lain seperti akselerasi dan fisika, sedangkan sebagian besar mesin / komputer saat ini tidak mampu melakukan ini.

Secara intuitif saya menemukan penjelasan berikut berguna.

Demi argumen, katakanlah bahwa sistem kami mengisi ember dengan lubang di dalamnya air dari keran. Kami mengukur kedalaman air dalam ember dan mengontrol laju aliran air melalui keran. Kami ingin mengisi ember secepat mungkin tetapi tidak ingin meluap.

The proporsional unsur adalah ukuran linear, dalam hal ini ketinggian air di ember ini adalah ukuran berguna bagaimana penuh uang adalah pada waktu tertentu tetapi memberitahu kita apa-apa tentang seberapa cepat mengisi sehingga pada saat kita perhatikan penuh, mungkin sudah terlambat untuk mematikan keran atau jika kita mengisinya terlalu lambat air akan bocor melalui lubang lebih cepat daripada mengisi dan tidak pernah penuh.

Di atas kertas ini sepertinya sudah cukup untuk itu sendiri dan dalam beberapa kasus itu, namun itu rusak ketika sistem itu sendiri secara inheren tidak stabil (seperti pendulum terbalik atau jet tempur) dan jeda antara mengukur kesalahan dan efek pengambilan input lambat dibandingkan dengan tingkat di mana gangguan eksternal menyebabkan gangguan.

The turunan elemen adalah laju perubahan tingkat air. Ini sangat berguna ketika kita ingin mengisi ember secepat mungkin misalnya kita dapat membuka keran sejauh akan mulai pada awal untuk mengisinya dengan cepat tetapi tutup sedikit setelah level mendekati bagian atas sehingga kita bisa menjadi sedikit lebih tepat dan tidak terlalu mengisinya.

The terpisahkan unsur adalah total volume air yang ditambahkan ember. Jika ember memiliki sisi lurus, ini tidak masalah karena mengisi pada tingkat yang proporsional dengan aliran air TETAPI jika ember memiliki sisi melengkung atau melengkung maka volume air di dalamnya mulai memiliki efek terhadap laju di mana level air berubah. Lebih umum karena ini merupakan integral yang terakumulasi dari waktu ke waktu, jadi terapkan respons yang lebih besar jika elemen P dan D tidak cukup mengoreksi misalnya dengan mempertahankan ember setengah penuh.

Cara lain untuk melihat ini adalah bahwa integral adalah ukuran kesalahan kumulatif dari waktu ke waktu dan secara efektif memeriksa seberapa efektif strategi kontrol mencapai hasil yang diinginkan dan dapat memodifikasi input tergantung pada bagaimana sistem benar-benar berperilaku selama periode waktu tertentu.

Jadi dalam ringkasan:

elemen P (proporsional) sebanding dengan variabel yang ingin Anda kontrol (seperti termostat sederhana)

elemen D (turunan) sebanding dengan laju perubahan variabel itu

elemen (integral) mungkin yang paling sulit untuk dipahami tetapi berkaitan dengan kuantitas yang diukur parameter P Anda biasanya ini akan menjadi jumlah kumulatif seperti volume, massa, muatan, energi dll.

Pengontrol PID menggunakan parameter penyetelan untuk menyesuaikan respons.

Dari persamaan untuk kontrol PID:

Tiga istilah K-subskrip adalah parameter penyetelan, dan ada satu untuk setiap istilah keluaran pengontrol PID: proporsional, integral, dan diferensial.

Jadi, misalnya, dengan kesalahan + 5V dan Kp 0,3, output akan menjadi 1,5V. Demikian juga untuk istilah integral dan diferensial.

Dalam praktiknya, parameter ini ditentukan secara eksperimental. The Ziegler-Nichols (pdf) metode tuning metode heuristik sederhana yang digunakan untuk menjadi sangat populer di industri.

Saat ini, sebagian besar pengontrol PID yang tidak tersedia dan fungsi PLC memiliki penyetelan bawaan.

Semoga itu bisa membantu!