I. INNLEDNING
I design av industriell automatisering og kontrollsystem er PID-kontroller (proporsjonal-integral-differensialkontroller) og PWM-kontroller (Pulse Width Modulation-kontroller) to ofte brukte kontrollstrategier. Selv om de begge kan realisere nøyaktig kontroll av systemet, er det betydelige forskjeller i prinsipp-, applikasjons- og kontrollkarakteristikk. I denne artikkelen vil PID-kontrolleren og PWM-kontrolleren sammenlignes og analyseres i detalj for å avsløre forskjellene mellom dem.
II. Oversikt over PID-regulator
PID-kontrolleren er en tilbakemeldings-basert kontrollalgoritme som består av proporsjonal (P), integral (I) og differensial (D) tre kontrollledd. Den måler forskjellen mellom utgangsverdien til det kontrollerte objektet og den ønskede verdien (dvs. feilen), og behandler deretter feilen i henhold til de tre kontrollbetingelsene P, I og D for å oppnå utgangen til kontrolleren. Prinsippet til PID-kontrolleren er basert på tilbakemeldingsreguleringen av feilen, og den har evnen til adaptiv, slik at den dynamisk kan justere kontrollparameterne i henhold til den faktiske situasjonen.
Prinsipp
Prinsippet til PID-regulator er basert på tilbakemeldingsregulering av feil. Den måler først utgangsverdien til det kontrollerte objektet og sammenligner den deretter med ønsket verdi for å få feilen. Deretter behandles feilen i henhold til proporsjonale, integrale og differensielle kontrollvilkår for å oppnå utgangen fra kontrolleren. Blant dem er det proporsjonale kontrollbegrepet proporsjonalt med feilen og brukes til å redusere feilen raskt; det integrerte kontrollbegrepet brukes hovedsakelig for å eliminere den kumulative feilen og gjøre systemet mer stabilt; differensialkontrolltermen justerer kontrollerens utgang i henhold til endringshastigheten til feilen, noe som gjør systemets respons raskere og reduserer oversvinget.
Søknader
PID-kontrollere er mye brukt i industrielle automatiseringskontrollsystemer, elektronisk utstyrskontroll, robotikk og andre felt. I temperaturkontrollsystemer justerer PID-kontrollere ytelsen til varme- eller kjøleutstyr for å stabilisere den kontrollerte temperaturen nær ønsket verdi ved å nøyaktig måle forskjellen mellom den kontrollerte temperaturen og ønsket temperatur. I robotikk brukes vanligvis PID-kontrollere for posisjonskontroll, hvor forskjellen mellom faktisk og ønsket posisjon til roboten måles og robotens aktuatorutgang justeres for å oppnå presis posisjonskontroll. I tillegg er PID-kontrollere mye brukt innen motorstyring, strømningskontroll og andre felt.
Kontrollegenskaper
PID-kontrolleren har evnen til selv-tilpasning, og kan dynamisk justere kontrollparametrene i henhold til den faktiske situasjonen. Den kan reagere raskt i stabil tilstand og kan motstå ytre forstyrrelser og systemendringer. I tillegg har PID-kontrolleren også egenskapene til presis kontroll og høy stabilitet, som kan realisere den nøyaktige kontrollen av systemet.
III. Oversikt over PWM-kontroller
PWM-kontroller er en kontrollstrategi som kontrollerer gjennomsnittsnivået til utgangssignalet ved å justere driftssyklusen til pulsene. Den kontrollerer ønsket utgang ved å periodisk slå strømforsyningen av og på, kontrollere forholdet mellom koblingstiden og av-tiden.PWM-kontrollere er mye brukt i applikasjonsscenarier der kontinuerlige signaler må simuleres, som for eksempel DC-motorhastighetskontroll, LED-lysstyrkejustering, lydforsterkere, og så videre.
Prinsipp
Prinsippet til en PWM-kontroller er å kontrollere spenningen og strømmen i en krets ved å variere bredden på pulsene. I et PWM-signal varer det høye nivået lenger og det lave nivået varer kortere, og endrer dermed utgangseffekten i kretsen. Nærmere bestemt, når PWM-signalet er høyt, åpnes bryteren i kretsen og strømmen flyter gjennom lasten; når PWM-signalet er lavt, lukkes bryteren og strømmen slutter å flyte. Derfor, ved å variere forholdet mellom høy- og lavnivåtid for PWM-signalet, kan styringen av spenning og strøm i kretsen realiseres.
Søknader
PWM-kontrollere brukes ofte i applikasjonsscenarier der kontinuerlige signaler må simuleres, for eksempel DC-motorhastighetskontroll, LED-lysstyrkejustering og lydforsterkere. I disse applikasjonene kan PWM-kontrollere nøyaktig kontrollere gjennomsnittsnivået til utgangssignalet ved å justere driftssyklusen til pulsene, og dermed realisere nøyaktig kontroll av enheten.
Kontrollegenskaper
PWM-kontrolleren er svært følsom for signalbyttefrekvensen og driftssyklusen og kan nøyaktig kontrollere gjennomsnittsnivået på utgangen. Den kan reagere raskt og justere utdataene, men har ikke evnen til selv-tilpasning. fordelene med PWM-kontrolleren er enkel og intuitiv, lett å implementere og lav kostnad, egnet for enkelte applikasjonsscenarier som ikke krever høy kontrollnøyaktighet.
IV. Sammenligning av PID-kontroller og PWM-kontroller
Prinsippsammenlikning
PID-kontrolleren er basert på prinsippet om tilbakemeldingsregulering av feil, ved å måle forskjellen mellom utgangsverdien til det kontrollerte objektet og ønsket verdi (dvs. feil), og deretter i henhold til proporsjonale, integrerte og differensielle kontrollvilkår på feilbehandlingen, kontrollerens utgang. PWM-kontrolleren kontrollerer derimot spenningen og strømmen i kretsen ved å endre bredden på pulsene for å realisere kontrollen av gjennomsnittsnivået til utgangssignalet.
Applikasjonssammenligning
PID-kontrollere er egnet for bruksscenarier som krever presis kontroll og stabilitet, som temperaturkontroll, posisjonskontroll, hastighetskontroll og så videre. PWM-kontrollere brukes ofte i applikasjoner som krever analoge kontinuerlige signaler, for eksempel DC-motorhastighetskontroll, LED-lysstyrkejustering, lydforsterkere og så videre. Siden PWM-kontrollere ikke har adaptiv evne, kan det hende at de ikke er egnet i enkelte applikasjoner som krever høy kontrollnøyaktighet.
Sammenligning av kontrollegenskaper
PID-kontrolleren har evnen til selv-tilpasning, og kan dynamisk justere kontrollparametrene i henhold til den faktiske situasjonen. Den kan reagere raskt i stabil tilstand og er motstandsdyktig mot ytre forstyrrelser og systemendringer. I tillegg kjennetegnes PID-regulatoren av presis styring og høy stabilitet. PWM-kontrolleren er derimot veldig følsom for signalbyttefrekvensen og driftssyklusen, og kan nøyaktig kontrollere gjennomsnittsnivået på utgangen. Den har imidlertid ikke evnen til selv-tilpasning og kan ikke dynamisk justere kontrollparameterne i henhold til den faktiske situasjonen til systemet. Derfor kan det ha noen begrensninger i enkelte applikasjoner som krever høy kontrollnøyaktighet.
V. Konklusjon.
For å oppsummere er det betydelige forskjeller mellom PID-kontroller og PWM-kontroller når det gjelder prinsipp, applikasjon, kontrollegenskaper osv. PID-kontroller er basert på prinsippet om tilbakemeldingsregulering av feil, som er preget av selv-tilpasningsevne, presis kontroll og høy stabilitet, og er egnet for applikasjonsscenarier som krever presis kontroll og stabilitet. PWM-kontrolleren, derimot, kontrollerer gjennomsnittsnivået på utgangssignalet ved å endre bredden på pulsen, noe som har fordelene ved å være enkelt, intuitivt, lett å implementere og lave kostnader, og er egnet for enkelte applikasjonsscenarier som ikke krever høy kontrollnøyaktighet. Når du velger hvilken kontroller som skal brukes, er det nødvendig å ta en omfattende vurdering i henhold til de spesifikke applikasjonskravene og kontrollmålene.