25.7 : Regulator PID

Regulatory proporcjonalno-całkująco-różniczkujące (PID) są szeroko stosowane w różnych systemach sterowania w celu zwiększenia stabilności i wydajności. W termostacie regulują ogrzewanie lub chłodzenie na podstawie różnicy temperatur między rzeczywistym a pożądanym poziomem. Są często stosowane w samochodowych systemach prędkości, skutecznie zarządzając nagłymi zmianami prędkości, utrzymując jednocześnie stałą prędkość w zmiennych warunkach. Z drugiej strony regulatory PI, powszechnie stosowane w regulacji napięcia, zwiększają stabilność i zmniejszają błąd stanu ustalonego, ale wydłużają czas osiągnięcia pożądanego napięcia.

Regulator PID łączy cechy regulatorów PD i PI, równoważąc ich zalety i rozwiązując ich ograniczenia. Podczas projektowania regulatora PID jest on początkowo traktowany jako część PI połączona szeregowo z częścią PD. Stała proporcjonalna sekcji PD jest ustawiona na jedność, ponieważ regulator PID wymaga tylko trzech parametrów.

Najpierw aktywowany jest tylko składnik PD. Wzmocnienie pochodnej jest regulowane w celu uzyskania pożądanej stabilności, która jest oceniana poprzez obserwację maksymalnego przeregulowania w dziedzinie czasu i pomiarów marginesu fazy w dziedzinie częstotliwości. Ten krok zapewnia, że ​​sterownik szybko reaguje na zmiany, zachowując jednocześnie odpowiednią stabilność.

Następnie wybierane są wzmocnienia całkowe i proporcjonalne dla sekcji PI, aby spełnić ogólne wymagania stabilności. Wzmocnienie całkowe pomaga wyeliminować błędy stanu ustalonego, podczas gdy wzmocnienie proporcjonalne dostosowuje odpowiedź systemu, zapewniając, że sterownik spełnia kryteria stabilności względnej.

Łącząc te komponenty, regulator PID skutecznie zarządza zarówno zachowaniem przejściowym, jak i ustalonym, oferując bardziej kompleksowe rozwiązanie sterowania. Elementy proporcjonalne, całkowe i różniczkowe współpracują ze sobą, aby zapewnić zrównoważoną odpowiedź, ograniczając wady wynikające z użycia samych regulatorów PD lub PI. To zintegrowane podejście jest niezbędne w zastosowaniach wymagających precyzyjnej i stabilnej kontroli, takich jak termostaty i różne systemy przemysłowe.