¿Cómo ajustar los parámetros del controlador?
p: ganancia proporcional; I: tiempo de integración; d: diferencia de tiempo
En la práctica de la ingeniería. , es el más utilizado. Las reglas de control del regulador son control proporcional, integral y diferencial, denominado control PID, también conocido como regulación PID.
Cuando no se pueden comprender completamente la estructura y los parámetros del objeto controlado, o no se puede obtener un modelo matemático preciso, y otras técnicas de la teoría de control son difíciles de adoptar, la estructura y los parámetros del controlador del sistema deben basarse en la experiencia y las pruebas en el sitio para determinar, por lo que es más conveniente aplicar la tecnología de control PID. Es decir, la tecnología de control PID es más adecuada cuando no entendemos completamente un sistema y el objeto controlado, o cuando los parámetros del sistema no se pueden obtener mediante una medición efectiva.
El control PID en realidad también tiene control PI y PD. El controlador PID utiliza proporción, integral y diferencial para calcular la cantidad de control para el control en función del error del sistema.
Control proporcional (p):
El control proporcional es el método de control más sencillo. La salida del controlador es proporcional a la señal de error de entrada. Cuando sólo hay control proporcional, hay un error de estado estable en la salida del sistema.
Control integral (I):
En control integral, la salida del controlador es proporcional a la integral de la señal de error de entrada. Para un sistema de control automático, si se produce un error de estado estable después de entrar en el estado estable, entonces el sistema de control se denomina sistema con error de estado estable. Para eliminar el error de estado estacionario, se debe introducir un "término integral" en el controlador. El error de un par de términos integrales depende de la integración en el tiempo y el término integral aumenta con el tiempo. De esta manera, incluso si el error es pequeño, el término integral aumentará con el tiempo, lo que hará que la salida del controlador aumente, reduciendo aún más el error en estado estacionario hasta que sea igual a cero. Por lo tanto, el controlador proporcional + integral (PI) puede hacer que el sistema no tenga errores de estado estable después de ingresar al estado estable.
Control diferencial (d):
En el control diferencial, la salida del controlador es proporcional a la derivada de la señal de error de entrada (es decir, la tasa de cambio del error) . Durante el proceso de ajuste para superar errores, los sistemas de control automático pueden oscilar o incluso volverse inestables. La razón es que hay componentes (enlaces) con gran inercia o componentes con retrasos que pueden suprimir el error, y sus cambios siempre van por detrás de los cambios en el error. La solución es "liderar" el cambio del efecto de supresión de errores, es decir, cuando el error es cercano a cero, el efecto de supresión de errores debe ser cero. Es decir, a menudo no basta con introducir un término "proporcional" en un controlador. La función del término proporcional es sólo amplificar la magnitud del error. Lo que hay que agregar ahora es el "término diferencial" para predecir la tendencia de los cambios de error. De esta manera, el controlador proporcional + diferencial puede hacer que la función de control de supresión del error sea igual a cero o incluso negativa por adelantado, evitando así un exceso grave de la variable controlada. Por lo tanto, para objetos controlados con gran inercia o gran histéresis, el controlador proporcional + derivativo (PD) puede mejorar las características dinámicas del sistema durante el proceso de ajuste.
Ajuste de parámetros del controlador PID;
El ajuste de parámetros del controlador PID es el contenido central del diseño del sistema de control. De acuerdo a las características del proceso controlado, determine el coeficiente proporcional, tiempo integral y tiempo diferencial del controlador PID. Existen muchos métodos para ajustar los parámetros del controlador PID, que se pueden resumir en dos categorías: una es el método de ajuste de cálculo teórico. Determina principalmente los parámetros del controlador mediante cálculos teóricos basados en el modelo matemático del sistema. Los datos de cálculo obtenidos mediante este método no se pueden utilizar directamente y deben ajustarse y corregirse mediante la práctica de ingeniería. El segundo es el método de ajuste de ingeniería, que se basa principalmente en la experiencia en ingeniería y se realiza directamente durante la prueba del sistema de control. Este método es simple y fácil de dominar y se usa ampliamente en la práctica de la ingeniería.
Los métodos de ajuste de ingeniería de los parámetros del controlador PID incluyen principalmente el método de proporción crítica, el método de curva de respuesta y el método de atenuación. Cada uno de los tres métodos tiene sus propias características, pero las similitudes son que los parámetros del controlador se ajustan mediante experimentos y luego se basan en fórmulas de experiencia en ingeniería. Pero no importa qué método se adopte, los parámetros del controlador finalmente deben ajustarse y mejorarse en el funcionamiento real. En la actualidad, se utiliza generalmente el método de la proporción crítica. Los pasos para utilizar este método para ajustar los parámetros del controlador PID son los siguientes:
(1) Primero, preseleccione un período de muestreo que sea lo suficientemente corto para que el sistema funcione;
(2) Solo agregue pasos de control proporcional hasta que la respuesta de paso del sistema a la entrada parezca una oscilación crítica, registre el factor de amplificación proporcional y el período de oscilación crítico en este momento.
(3) Bajo cierto grado de control, los parámetros del controlador PID se calculan mediante fórmulas.
Si la retroalimentación alcanza un valor determinado y requiere múltiples oscilaciones para estabilizarse o no se puede estabilizar en absoluto, entonces la ganancia proporcional puede ser demasiado grande y el tiempo de integración demasiado corto. Al realizar el ajuste, primero se debe reducir la ganancia proporcional y luego se debe aumentar el tiempo de integración. Si la respuesta es demasiado lenta después de aumentar el tiempo de integración, no es apropiado aumentar el tiempo de integración, sino continuar ajustando la ganancia proporcional. En el caso de una función derivada, se puede aumentar el tiempo de derivación d.
Si la retroalimentación no puede mantener el valor dado y la velocidad de aumento es lenta, es necesario considerar si la ganancia es demasiado pequeña y el tiempo de integración es demasiado largo. Si la ganancia proporcional preestablecida y el tiempo integral son grandes, primero considere reducir el tiempo integral; si la ganancia proporcional preestablecida original no es grande, primero considere aumentar la ganancia proporcional si el sistema de control tiene un enlace diferencial, el tiempo diferencial se puede aumentar; adecuadamente.