I. INNLEDNING
I industrielle automatiseringskontrollsystemer er PID-kontrollere og svitsjekontrollere to vanlige kontrollstrategier. De har alle unike arbeidsprinsipper, applikasjonsscenarier, fordeler og ulemper. Hensikten med denne artikkelen er å diskutere i detalj forskjellene mellom PID-kontrollere og bryterkontrollere, og å sammenligne og analysere dem med tanke på deres arbeidsprinsipper, applikasjonsscenarier, ytelsesegenskaper og andre aspekter, slik at leserne kan få en dypere forståelse av disse to kontrollstrategiene og ta mer fornuftige valg i praktiske applikasjoner.
II. Arbeidsprinsippet og egenskapene til PID-kontrolleren
Prinsipp for operasjon
PID-kontroller (proporsjonal-integral-derivativ kontroller) er en avviksbasert-tilbakemeldingskontrollalgoritme, bestående av proporsjonal (P), integral (I) og differensial (D) tre kontrollledd. Den måler forskjellen mellom utgangsverdien til det kontrollerte objektet og ønsket verdi (dvs. avvik), og behandler deretter avviket i henhold til proporsjonal-, integral- og differensialkontrollbetingelsene for å oppnå utgangen fra kontrolleren. Arbeidsprinsippet til PID-kontrolleren er basert på tilbakemeldingsreguleringen av feilen, og systemets utgang blir gradvis tilnærmet til den innstilte verdien ved å kontinuerlig justere kontrollen.
Funksjoner
(1) Høy-presisjonskontroll:PID-kontrolleren kan justere kontrollmengden nøyaktig i henhold til systemavviket for å oppnå høy-presisjonskontroll. Ved å optimalisere parametrene til PID-regulatoren (proporsjonal koeffisient Kp, integral koeffisient Ki og differensial koeffisient Kd), kan kontrollnøyaktigheten til systemet forbedres ytterligere.
(2) Rask respons:differensialkontrolltermen i PID-kontrolleren er i stand til å forutsi trenden til systemavviket og justere kontrollmengden på forhånd, og dermed fremskynde systemresponsen. Dette gjør at PID-kontrolleren i møte med ekstern interferens eller parameterendringer raskt kan gjenopprette den stabile tilstanden.
(3) god stabilitet:den integrerte kontrolltermen i PID-kontrolleren kan gradvis redusere steady state-feilen, slik at systemutgangen stabiliseres nær innstilt verdi. Dette gjør at PID-regulatoren har god stabilitet, egnet for langtidsstabil drift av systemet.
III. Arbeidsprinsippet og egenskapene til bryterkontrolleren
Prinsipp for operasjon
Bytte av kontroller er en terskel-basert kontrollstrategi, dens utdata er bare "på" og "av" i to tilstander. Når utgangsverdien til det kontrollerte objektet overskrider eller faller under den innstilte terskelen, vil bryterkontrolleren bytte utgangstilstanden. For varmekontroll, når temperaturen er lavere enn den innstilte verdien når utgangen er "på", begynner varmeutstyret å fungere; når temperaturen er høyere enn den innstilte verdien når utgangen er "av", slutter varmeutstyret å fungere. Arbeidsprinsippet til bryterkontrolleren er enkelt og intuitivt, og det passer for noen anledninger som ikke krever høy kontrollnøyaktighet.
Kjennetegn
(1) Enkelt og praktisk:strukturen til bryterkontrolleren er enkel, lett å realisere, og kan enkelt bygges inn i en rekke kontrollsystemer. Arbeidsprinsippet er intuitivt og lett å forstå, uten behov for komplisert beregnings- og justeringsprosess.
(2) Lavpris:på grunn av den enkle strukturen til bryterkontrolleren, er produksjonskostnaden relativt lav. Dette gjør byttekontrolleren svært konkurransedyktig i noen kostnadssensitive-situasjoner.
(3) Egnet for store treghetssystemer:svitsjekontrollere er egnet for noen systemer med stor treghet, for eksempel store varmeovner og kjøleutstyr. I disse systemene, på grunn av den langsomme responshastigheten til systemet, kan bryterkontrolleren gradvis justere systemutgangen ved å konstant bytte utgangstilstand for å oppnå en mer stabil kontrolleffekt.
IV. Forskjellen mellom PID-kontroller og koblingskontroller
Kontroller nøyaktighet
PID-kontrolleren har høy kontrollnøyaktighet, kan realisere den nøyaktige kontrollen av systemutgangen. Kontrollnøyaktigheten til bryterkontrolleren er relativt lav, og kan bare oppnå en grov kontrolleffekt. I noen tilfeller som krever høy kontrollnøyaktighet, som temperaturkontroll, trykkkontroll osv., har PID-kontrollere åpenbare fordeler.
Responshastighet
Differensialkontrolltermen i PID-kontrolleren kan forutsi trenden til systemavviket og justere kontrollmengden på forhånd, og dermed akselerere systemets responshastighet. Responshastigheten til bryterkontrolleren er langsommere, og den kan bare gradvis justere systemutgangen ved å konstant bytte utgangstilstand. I noen anledninger som krever rask respons, som robotstyring, motorstyring osv., er PID-kontrolleren mer fordelaktig.
Stabilitet
Den integrerte kontrolltermen i PID-kontrolleren kan gradvis redusere steady state-feilen, slik at systemutgangen stabiliseres nær innstilt verdi. Dette gjør at PID-regulatoren har bedre stabilitet, egnet for behovet for langtidsstabil drift av systemet. Byttekontrollere er relativt dårlige i stabilitet og påvirkes lett av ekstern interferens og parameterendringer.
Applikasjonsscenarier
PID-regulatorer egner seg for applikasjoner som krever høy reguleringsnøyaktighet og stabilitet, som temperaturregulering, trykkregulering, strømningskontroll osv. Switching-regulatorer er derimot mer egnet for applikasjoner som krever høy reguleringsnøyaktighet og stabilitet. Bytte kontrolleren er mer egnet for noen av kontroll nøyaktighetskravene er ikke høye, systemet treghet er store anledninger, for eksempel stor-oppvarming ovn, kjøleutstyr og så videre.
V. Konklusjon
PID-kontrollere og bryterkontrollere er to vanlige kontrollstrategier, som hver har et unikt arbeidsprinsipp, applikasjonsscenarier og fordeler og ulemper. I praktiske applikasjoner bør passende kontrollstrategi velges i henhold til de spesifikke behovene og egenskapene til systemet. For systemet som krever høy presisjon, rask respons og stabil kontroll, er PID-kontrolleren et bedre valg; mens for noen anledninger som ikke krever høy kontrollpresisjon og stor systemtreghet, er det mer fordelaktig å bytte kontroller.