Un contrôleur différentiel proportionnel-intégral est un dispositif installé dans des systèmes automatisés pour maintenir un paramètre donné susceptible de changer.
À première vue, tout est déroutant, mais le contrôle PID peut aussi être expliqué pour les nuls, c'est-à-dire les personnes qui ne sont pas très familières avec les systèmes et appareils électroniques.
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Qu'est-ce qu'un régulateur PID ?
Le régulateur PID est un dispositif intégré à la boucle de régulation avec retour obligatoire. Il est conçu pour maintenir des niveaux définis de points de consigne, tels que la température de l'air.
Le dispositif fournit un signal de commande ou de sortie au dispositif de commande, sur la base des données reçues des capteurs ou capteurs. Les contrôleurs ont des taux élevés de précision des processus transitoires et de la qualité de la tâche.
Trois coefficients du contrôleur PID et le principe de fonctionnement
Le travail du contrôleur PID est de fournir un signal de sortie de la quantité de puissance nécessaire pour maintenir la variable contrôlée à un niveau donné. Pour calculer l'indicateur, une formule mathématique complexe est utilisée, qui comprend 3 coefficients - proportionnel, intégral, différentiel.
Prenons comme objet de régulation un récipient à eau, dans lequel il faut maintenir la température à un niveau donné en ajustant le degré d'ouverture de la vanne à vapeur.
La composante proportionnelle apparaît au moment du désaccord avec les données d'entrée. En termes simples, cela ressemble à ceci - la différence entre la température réelle et la température souhaitée est prise, multipliée par un coefficient réglable et un signal de sortie est obtenu, qui doit être appliqué à la vanne. Ceux. dès que les degrés baissent, le processus de chauffage démarre, ils dépassent la marque souhaitée - il s'éteint ou même se refroidit.
Vient ensuite la composante intégrale, qui est conçue pour compenser l'impact de l'environnement ou d'autres influences perturbatrices sur le maintien de notre température à un niveau donné. Puisqu'il y a toujours des facteurs supplémentaires qui affectent les appareils contrôlés, le chiffre change déjà au moment où les données sont reçues pour calculer la composante proportionnelle. Et plus l'influence externe est grande, plus les fluctuations de l'indicateur sont fortes. Des surtensions se produisent.
La composante intégrale essaie, sur la base des valeurs de température passées, de renvoyer sa valeur si elle a changé. Le processus est décrit plus en détail dans la vidéo ci-dessous.
Et puis le signal de sortie du régulateur, selon le coefficient, est appliqué pour augmenter ou diminuer la température. Au fil du temps, la valeur qui compense les facteurs externes est sélectionnée et les sauts disparaissent.
L'intégrale est utilisée pour éliminer les erreurs en calculant l'erreur statique. L'essentiel dans ce processus est de choisir le bon coefficient, sinon l'erreur (inadéquation) affectera également la composante intégrale.
Le troisième composant du PID est le différenciateur. Il est conçu pour compenser l'influence des retards qui se produisent entre l'impact sur le système et le retour. Le contrôleur proportionnel fournit de l'énergie jusqu'à ce que la température atteigne le niveau souhaité, mais lorsque des informations sont transmises à l'appareil, en particulier à des valeurs élevées, des erreurs se produisent toujours. Cela peut entraîner une surchauffe. Le différentiel prédit les écarts causés par des retards ou des influences environnementales et réduit la puissance fournie à l'avance.
Réglage du contrôleur PID
Le réglage du contrôleur PID est effectué par 2 méthodes :
- La synthèse implique le calcul de paramètres basés sur le modèle du système. Ce réglage est précis, mais nécessite une connaissance approfondie de la théorie de l'automatisme. Il n'est soumis qu'aux ingénieurs et scientifiques. Puisqu'il est nécessaire de supprimer les caractéristiques de consommation et de faire un tas de calculs.
- La méthode manuelle est basée sur des essais et des erreurs. Pour ce faire, les données d'un système déjà fini sont prises comme base, quelques ajustements sont apportés à un ou plusieurs coefficients du régulateur. Après avoir allumé et observé le résultat final, les paramètres sont modifiés dans la bonne direction. Et ainsi de suite jusqu'à ce que le niveau de performance souhaité soit atteint.
La méthode théorique d'analyse et de réglage est rarement utilisée dans la pratique, ce qui est dû à l'ignorance des caractéristiques de l'objet de contrôle et à un tas d'influences perturbatrices possibles. Les méthodes expérimentales basées sur la surveillance du système sont plus courantes.
Les processus automatisés modernes sont mis en œuvre sous forme de modules spécialisés sous le contrôle de programmes permettant d'ajuster les coefficients du régulateur.
But du régulateur PID
Le contrôleur PID est conçu pour maintenir une certaine valeur au niveau requis - température, pression, niveau dans un réservoir, débit dans un pipeline, concentration de quelque chose, etc., en modifiant l'action de contrôle sur les actionneurs, tels que les vannes de contrôle automatique, en utilisant un proportionnel, intégrant, différenciant des quantités pour son réglage.
Le but de l'utilisation est d'obtenir un signal de contrôle précis capable de contrôler de grandes industries et même des réacteurs de centrales électriques.
Exemple de contrôle de température
Souvent, les contrôleurs PID sont utilisés pour contrôler la température, prenons un exemple simple de chauffage de l'eau dans un réservoir et considérons ce processus automatique.
Un liquide est versé dans le récipient, qui doit être chauffé à la température souhaitée et maintenu à un niveau donné. Un capteur de température est installé à l'intérieur du réservoir - thermocouple ou Thermomètre à résistance et est directement connecté au régulateur PID.
Pour chauffer le liquide, nous fournirons de la vapeur, comme indiqué sur la figure ci-dessous, avec une vanne de régulation automatique. La vanne elle-même reçoit un signal du régulateur.L'opérateur saisit la valeur de consigne de température dans le régulateur PID, qui doit être maintenue dans le ballon.
Si les coefficients du contrôleur ne sont pas réglés correctement, des sauts de température de l'eau se produiront, la vanne étant soit complètement ouverte, soit complètement fermée. Dans ce cas, il faut calculer les coefficients du régulateur PID et les ressaisir. Si tout est fait correctement, après une courte période de temps, le système égalisera le processus et la température dans le réservoir sera maintenue à un niveau donné, tandis que le degré d'ouverture de la vanne de régulation sera en position médiane.
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