Johdanto PID:hen - PID-säätö

PID-säätö
Esimerkki: DC-servomoottori.
P-, I- ja D-parametrit asetetaan aluksi kaikki nollaan. P:n pieni määrä (Kaavio 1) lisätään ja moottorin vaste syötteeseen käynnistyy. Voidaan nähdä, että vaste on porrastettu vaste porrastettuun tavoitearvoon, mutta tavoiteasentoa ei saavuteta. P:tä kasvatetaan (kuva 2) ja virhe (Tavoite miinus Todellinen) pienenee.

Kaavio 2 osoittaa myös, että lisätyn P:n myötä vaste porrastettuun syötteeseen on hieman nopeampi, mikä näkyy todellisen aseman askeleen pienentyneenä "pyöristymisenä".

P:tä kasvatetaan vielä enemmän, jotta vaste olisi nopeampi ja ero tavoite- ja todellisen aseman välillä paljon pienempi, mutta nyt esiintyy hieman ylilyöntiä ja alilyöntiä (Kaavio 3). P:n määrän lievä vähentäminen vähentää vaeltelua ja D:n lisääminen pienentää sitä entisestään samalla, kun vasteaika pysyy hyväksyttävänä (Kaavio 4). D-parametri toimii vaimentimena järjestelmän vasteessa. Jäljellä on kuitenkin vielä pieni virhe.
 

Järjestelmään voidaan lisätä hieman I:tä jäljellä olevan virheen pienentämiseksi lähelle nollaa, eli kuolleen vyöhykkeen sisälle. I lisää ohjaussignaalia ajan myötä niin kauan kuin virhe ei ole nolla. P:n ja lisätyn D:n reaktiot voidaan myös havaita tarkastelemalla lähtövirtaa. Kaavio 5 näyttää järjestelmän pelkällä P-komponentilla; moottorille syötetty virta osoittaa, ettei sillä ole vaimennus- (jarrutus) vaikutusta ja virta kääntyy vasta, kun Todellinen asema ylittää Tavoitteen. Kaaviossa 6 virran kääntyminen (jarrutus) on havaittavissa selvästi, kun virhe lähestyy nollaa. P:n ja D:n hienosäätö parantaa järjestelmää. I asetetaan (yleensä) viimeiseksi poistamaan jäljellä oleva virhe.

Järjestelmä, kuten DC-servomoottori, tarvitsee lähes aina täyden PID-ohjauksen, koska sen on vastattava hyvin nopeasti ja tarkasti nopeasti muuttuviin tavoitearvopyyntöihin. Järjestelmät, joilla on hitaampi vastevaatimus, saattavat tarvita vain P:n ja jonkin verran I:tä ilman D:tä. Joissakin järjestelmissä tarvitaan vain P:tä ja D:tä, koska mahdolliset jäljellä olevat virheet eivät vaikuta järjestelmään, esimerkiksi ahtopaineen säätö.

 

Jos DC-servomoottori ei jostain syystä pysty saavuttamaan tavoiteasemaansa, esimerkiksi jos jokin estäisi liikkeen fyysisesti, integraalivahvistus kasvattaisi ohjaussignaalia virheen poistamiseksi. Jos moottori vapautettaisiin äkillisesti, integroidun komponentin kertymä voisi aiheuttaa voimakkaan ylilyönnin. Järkevä integraaliklippi estää tämän tapahtumasta.

Yleinen PID-säätö
Verkossa tehtävä kokeellinen säätö tai "arvaamalla ja kokeilemalla" -menetelmä
1. Syötä aluksi säätövakioiden arvot kokemuksen perusteella. Varovainen asetus olisi
proportional gain (P) arvoltaan 1 tai vähemmän ja integral gain (I) alle 0,1.
2. Aseta säätösilmukka automaattiasentoon siten, että prosessi on "linjassa".
3. Tee askelmuutoksia (noin 5 %) asetusarvoon.
4. Vertaa vastetta kaavioihin ja säädä.

Tämä menetelmä voi olla käyttökelpoinen joillekin (mutta ei kaikille) ajoneuvojärjestelmille. Vankemmat aloitusarvot voidaan laskea matemaattisesti Ziegler-Nicholsin säätömenetelmällä. Tämän menetelmän käsittely on tämän asiakirjan ulkopuolella. Kiinnostuneet voivat löytää runsaasti viitteitä internetistä.