Funkcją PID, z której korzysta większość ludzi na co dzień, jest koordynacja ręka-oko w celu kierowania samochodem lub rowerem. Twoje oczy są wejściowe, kąt kierownicy / kierownicy jest wyjściowy. Punktem ustawienia jest zazwyczaj środek linii (dopóki nie wyskoczy jeleń lub pies cię nie dogoni).
Twój umysł musi stale brać pod uwagę 3 różne czynniki podczas wykonywania tego zadania. Znaczenie, jakie przywiązuje do każdego czynnika, opiera się na przeszłych doświadczeniach, które nazywa się „strojeniem” w świecie PID.
Proporcjonalny: „Jestem daleko od centrum linii, powinienem zawrócić w tym kierunku”.
Oczywiście, jeśli jestem dalej, chcę być ostrzejszy, niż gdybym był bardzo blisko. Pozwoli mi to w odpowiednim czasie wrócić na środek mojej linii.
Pochodna: „Lepiej nie tylko szarpię kierownicę / kierownicę w tym kierunku, albo nadmiernie poprawię, przetoczę i rozbiję”.
Być może jesteś w rynsztoku, ale twoje wrażenia z jazdy uczą cię, że jeśli gwałtownie skręcisz, wszystko zmieni się bardzo szybko i musisz zmniejszyć ostrość, aby uniknąć nadmiernego przekroczenia nastawy i wchodzenia w nadjeżdżający ruch.
Całka: „Wiatr wciąż popycha mnie do krawędzi drogi, a ja muszę skręcić w to, aby pozostać na szorstkim kierunku”.
Jesteś dość blisko środka swojej linii, ale nie do końca tam, gdzie chcesz. Proporcjonalny jest mały, ponieważ jesteś naprawdę blisko, a instrument pochodny jest mały, ponieważ nie zmieniasz się bardzo szybko. Całka jest terminem, który wkracza i mówi: „Hej, wiem, że nie jesteśmy daleko, ale nie było nas już od dłuższego czasu; a może skręcimy w wiatr, abyśmy mogli utrzymać ustalony punkt”.
PID nie są idealne, a twoje zdolności kierowania są w rzeczywistości nieco lepsze niż standardowy PID. Jesteś na tyle sprytny, by zdać sobie sprawę, że kiedy wiatr zanika (z nieznanego powodu) zerujesz swój integralny termin i nie wędrujesz w stronę przeciwnego ruchu, czekając na powrót wiatru. Ludzie również dostrajają się podczas pracy, biorąc pod uwagę inne dane wejściowe, takie jak przyspieszenia i fizyka, podczas gdy większość maszyn / komputerów nie jest obecnie w stanie tego dokonać.
W intuicyjny sposób przydatne okazało się następujące wyjaśnienie.
Dla argumentu powiedzmy, że nasz system wypełnia wiadro z dziurą w wodzie z kranu. Mierzymy głębokość wody w wiadrze i kontrolujemy prędkość przepływu wody za pomocą kranu. Chcemy jak najszybciej wypełnić wiadro, ale nie chcemy, aby się przepełniło.
Element proporcjonalny jest miarą liniową, w tym przypadku wysokość wody w wiadrze jest użyteczną miarą stopnia napełnienia wiadra w danym momencie, ale nie mówi nam nic o tym, jak szybko się napełnia, więc zanim zauważ, że jest pełny, może być za późno na odkręcenie kranu lub jeśli napełnimy go zbyt wolno, woda wycieka przez otwór szybciej niż się wypełnia i nigdy się nie zapełnia.
Na papierze ten dźwięk wydaje się sam w sobie wystarczający, aw niektórych przypadkach tak się jednak psuje, gdy sam system jest z natury niestabilny (jak odwrócone wahadło lub myśliwiec) i opóźnienie między pomiarem błędu a efekt wejściowy jest powolny w porównaniu do częstotliwości, z jaką zakłócenia wywołane hałasem zewnętrznym.
Elementem pochodnym jest szybkość zmiany poziomu wody. Jest to szczególnie przydatne, gdy chcemy napełnić wiadro tak szybko, jak to możliwe, np. Możemy otworzyć zawór tak daleko, jak to możliwe, na początku, aby go szybko napełnić, ale zamknąć go nieco, gdy poziom zbliży się do szczytu, więc może być nieco bardziej precyzyjny i nie przesadzić.
Integralnym elementem jest całkowita ilość dodanej wody wiadro. Jeśli wiadro ma proste boki, nie ma to większego znaczenia, ponieważ wypełnia się w tempie proporcjonalnym do przepływu wody, ALE jeśli wiadro ma zwężone lub zakrzywione boki, wówczas objętość wody zaczyna mieć wpływ na szybkość, z jaką zmienia się poziom wody. Mówiąc bardziej ogólnie, ponieważ jest to całka, która kumuluje się w czasie, więc stosuje większą reakcję, jeśli elementy P i D nie korygują wystarczająco, np. Utrzymując wiadro w połowie pełnej.
Innym sposobem spojrzenia na to jest to, że całka jest miarą skumulowanego błędu w czasie i skutecznie sprawdza, jak skuteczna jest strategia kontroli w osiąganiu zamierzonego wyniku i jest w stanie modyfikować dane wejściowe w zależności od tego, jak naprawdę zachowuje się system przez pewien czas.
Podsumowując:
element P (proporcjonalny) jest proporcjonalny do zmiennej, którą chcesz kontrolować (jak prosty termostat)
element D (pochodna) jest proporcjonalny do tempa zmian tej zmiennej
element (integralny) jest być może najtrudniejszy do zrozumienia, ale odnosi się do ilości, którą mierzy twój parametr P, zwykle jest to skumulowana wielkość, taka jak objętość, masa, ładunek, energia itp.
źródło
Kontrolery PID wykorzystują parametry strojenia do dostosowania odpowiedzi.
Z równania dla regulacji PID:
Trzy warunki K-indeksu dolnego są parametrami dostrajającymi, a dla każdego składnika wyjścia regulatora PID jest jeden: proporcjonalny, całkowy i różnicowy.
Na przykład przy błędzie + 5 V i Kp 0,3, moc wyjściowa wynosiłaby 1,5 V. Podobnie w przypadku całek i różnic.
W praktyce parametry te określa się eksperymentalnie. Zieglera-Nicholsa (pdf) Metoda strojenia jest prostą metodą heurystyczną, które były bardzo popularne w przemyśle.
Obecnie większość gotowych sterowników PID i funkcji PLC ma wbudowane strojenie.
Mam nadzieję, że to pomaga!
źródło