PID کنترلر چیست؟

PID کنترلر چیست؟ کنترل‌کننده پی‌آی‌دی یا Proportional–Integral–Derivative یک سیستم کنترلی بر پایه فیدبک  می‌باشد که هدف اصلی آن نزدیک کردن نتیجه نهایی فرآیند به مقدار مدنظر ما می‌باشد.

PID کنترلرها در صنعت جزء دقیق‌ترین و پایدارترین کنترل‌کننده‌ها به‌حساب می‌آیند و عمدتاً از آنها در راستای خودکارسازی (یا بخشی از یک اتوماسیون) کارها برای نزدیک شدن (تا جای ممکن) به خروجی از پیش تنظیم شده یا هدفی مشخص استفاده می‌کنیم.

در کنترل‌کننده PID دو تعریف “خطا” و “SetPoint” از اهمیت بالایی برخوردار هستند. ست‌پوینت در اینجا به معنای نقطه مدنظر میباشد. برای رسیدن به این نقطه مطلوب، سیستم کنترلی PID از سه عملگر به نام‌های؛ تناسبی (Proportional)، انتگرال‌گیر (Integral) و مشتق‌گیر (Derivative) استفاده می‌کند.

نکته: ضریب تناسبی باعث ایجاد یک کنترل صاف و بدون تغییرات شدید می‌گردد، ضریب انتگرالی به طور خودکار خطای سیستم را اصلاح می‌کند و درنهایت کنترل مشتق به‌سرعت به اختلالات پاسخ می‌دهد.

روش های کنترلی

روش‌های کنترلی به دو دسته: پیوسته و گسسته تقسیم می‌شوند.

کنترل گسسته:

در این بخش با عناصر گسسته سروکار داریم و به همین دلیل از جبر و حساب عمدتاً استفاده می‌شود. برای درک بهتر این واژه بهتر است متغیر گسسته را تعریف کنیم: متغیر گسسته می‌تواند اعداد یا ارزش‌هایی را که مشخص‌کننده یک وجه مشخص و معیّن از یک مقیاس هستند، به خود اختصاص دهد. به‌عنوان‌مثال، جنس یک متغیر گسسته است: یک شخص یا زن است یا مرد. اختصاص هر نوع ارزش دیگری بین این دو نوع ارزش امکان‌پذیر نیست. تعداد بازیکنان یک تیم فوتبال نیز یک متغیر گسسته است، زیرا فقط امکان داشتن ۱، ۲، ۳، ۴، ۵، ۶، ۷، ۸، ۹، ۱۰، ۱۱ بازیکن وجود دارد و نه ۵.۵ نفر بازیکن.

دو روش بسیار کاربردی در این بخش عبارت‌اند از: کنترل ON/OFF و کنترل PWM.

روش ON/OFF

ساده‌ترین نوع کنترل یک فرآیند، به شکل کنترل دو وضعیتی یا اصطلاحاً ON/OFF است. کولرگازی‌های قدیمی یک مثال از این نوع کنترل هستند. اگر خاطرتان باشد، این کولرها دارای یک ترموستات بودند که دمای محیط را اندازه می‌گرفت. فرض کنید می‌خواستیم دمای محیط روی ۱۸ درجه تنظیم شود. به‌محض اینکه دمای محیط از این مقدار بیشتر می‌شد کولر روشن می‌گردید و با تمام توان شروع به خنک‌کردن اتاق می‌کرد. بعد از آن که دما به کمتر از ۱۸ درجه می‌رسید کولر خاموش می‌شد. این روش اگرچه کارایی داشت اما نمی‌توانست دما را روی یک عدد، ثابت نگه دارد.

روش PWM

اگر بخواهیم یک مفهوم آنالوگ یا پیوسته را به‌وسیله یک موج صرفاً صفر و یک ایجاد کنیم از این نوع کنترل استفاده می‌کنیم. درواقع PWM رابط بین دنیای دیجیتال و آنالوگ است. برای این کار زمان صفر و یک شدن به‌گونه‌ای تنظیم می‌شود که درنهایت میانگین این صفر و یک شدن‌ها مقدار مطلوب را به دست دهد.

نکته: یکی از کاربردهای مهم تکنیک PWM استفاده از آن در اینورتر و درایو های الکتریکی میباشد.از همین روش برای تولید موج‌های متناوب هم می‌توان استفاده کرد.

کنترل پیوسته

این روش به شکلی غیرمستقیم در مقابل نوع گسسته که صحبت شد قرار گرفته است. در نوع پیوسته عمدتاً از توابع مثلثاتی، مشتق و انتگرال استفاده می‌شود. برای درک بهتر این واژه نیز بهتر است متغیر پیوسته را تعریف کنیم: متغیر پیوسته متغیری است که بین دو واحد آن هر نقطه یا ارزشی را می‌توان انتخاب کرد. در این متغیر درجات مختلف اندازه‌گیری وجود دارد و دقت وسیله اندازه‌گیری، تعداد این درجات را تعیین می‌کند. به‌عنوان‌مثال، وزن یک متغیر پیوسته است و می‌تواند بین صفر تا بی‌نهایت باشد. وزن یک شخص می‌تواند ۵۵ یا ۵۶ کیلوگرم باشد و یا می‌تواند هر عددی بین این دو عدد باشد (مثلاً ۵۵.۶ یا ۵۵.۶۴ کیلوگرم). قد، زمان، طول یا ارتفاع پرش، درصد چاقی بدن، و سطح هموگلوبین خون نمونه‌هایی از متغیرهای پیوسته هستند. نماینده ما در این بخش، PID میباشد.

روش PID

فرض کنید یک کتری را روی گاز گذاشته‌اید و می‌خواهید دمای آب داخل آن را روی 70 درجه نگهدارید. روش (PID) آن است که باتوجه‌به سرعت گرم‌شدن آب درون کتری و مقدار دمای فعلی آب، مقدار شعله را تنظیم کنید. مثلاً زمانی که آب 20 درجه است شعله را تا آخر زیاد کنید و بعدازاین که دما به حدود 50 درجه رسید آرام‌آرام شعله را کم کنید تا سرعت افزایش دما کمتر شود. در این حالت دمای آب به شکل مناسب‌تری به مقدار مطلوب خواهد رسید. خاطرنشان می‌شود که PID یک کنترلر حلقه بسته است.

PID کنترلر چیست؟

کنترل حلقه بسته یا باز

برای دستیابی به کنترل دقیق‌تر، پارامتر تحت کنترل باید اندازه‌گیری شده و با ورودی مرجع مقایسه شود و سیگنال تحریکی متناسب با تفاضل ورودی و خروجی به سیستم اعمال شود. در نتیجه خطا تصحیح می‌شود. سیستمی با یک یا چند مسیر فیدبک، یک سیستم حلقه بسته نامیده می‌شود.

به‌عنوان‌مثال اگر ما پمپی داشته باشیم که بخواهیم در خروجی‌اش، فشار آب ثابتی را به ما بدهد، می‌توانیم سرعت اینورتر روی آن را به‌صورت دستی روی مقدار ثابتی قرار دهیم و امیدوار باشیم که فشار در تمامی لحظات روی مدار ثابت بماند، و شب‌ها هم می‌توانیم کمی سرعت اینورتر را کم کنیم. این یک کنترل حلقه باز است. راه‌حل بهتر به‌کارگیری یک سنسور فشار و اتصال سیگنال آن به اینورتر است. اینورتر مقدار واقعی (یعنی اندازه‌گیری شده) فشار را با مقدار مطلوب (نقطه مرجع موردنظر) مقایسه می‌کند و سرعت پمپ را دائماً تغییر می‌دهد تا فشار را در مقدار ثابتی نگه دارد. ازآنجاکه اتصال سنسور فشار یک حلقه تشکیل می‌دهد (اینورتر – موتور – پمپ – سنسور) این سیستم‌ها به سیستم‌های کنترلی حلقه بسته شهرت دارند. مقایسه این دو نوع کنترل در تصویر زیر آمده است.

کنترل حلقه بسته کاربردهای زیادی دارد، از سیستم‌های تثبیت‌کننده هواپیما گرفته تا کنترل تنش در سیستم‌های سیمپیچی، و همچنین کاربردهای ساده‌تری مثل تثبیت فشار، سرعت جریان یا دما. مسئله مهم در کنترل حلقه بسته، پایداری است. در این سیستم با پردازش صحیح خطا می‌توان پایداری را ایجاد کرد. خط اتلاف بین نقطه مرجع و مقدار واقعی، سیگنال فیدبک یا اندازه‌گیری است. درنهایت خطا به سیستم کنترلی داده می‌شود که در مثال بالا همان اینورتر است. اینورتر باید بتواند با پردازش سریع خطای موجود را پردازش و برطرف کند.

عملکرد PID

همان‌طور که قبلاً گفته شد PID از سه جز بسیار مهم به نام‌های Proportional (تناسبی)، Integral (انتگرال‌گیری) و Derivative (مشتق‌گیری) تشکیل شده است. خروجی این مجموعه که همان خروجی کنترل‌کننده PID است برای اصلاح خطا (Error) به سیستم بازگشت (فیدبک) داده می‌شود.

 دو فرمول استاندارد و تابع تبدیل PID

فرمول استاندارد PID :

باتوجه‌به فرمول بالا به‌راحتی می‌توان تابع تبدیل زیر را به دست آورد:

درنهایت اگر سه بخش را به‌صورت موازی در کنار هم قرار دهیم به دیاگرام کلی کنترلر PID، طبق شکل زیر خواهیم رسید.

PID کنترلر چیست؟

PID کنترلر چیست؟

جهت رسیدن به بهترین نقطه عملکردی PID باید مقدار هرکدام از ضرایب (P، I و D) را در کنار هم محاسبه کرده و درنهایت بهترین مقادیر را استفاده نمود.

مدهای کنترلی PID
  1. کنترل تناسبی (Proportional Controler)
  2. کنترل انتگرالی (Integral Controler)
  3. کنترل مشتقی (Derivative Controler)
  4. کنترل تناسبی + انتگرالی (Proportional Integral Controller)
  5. کنترل تناسبی + انتگرالی + مشتقی (Proportional Integral Derivative Controller)

هر یک از این ۵ مد، واکنش متفاوتی نسبت به خطا دارند. مقدار پاسخ تولیدی هر مد کنترلی را می‌توان با تغییر تنظیمات آن بهینه نمود و در نهایت با در کنار هم قراردادن (سه مد کنترلی اصلی؛ P، I و D) آن به یک سامانه بهینه PID دست یابیم. در ادامه، هر یک از این مدها را به‌صورت کامل بررسی می‌کنیم.

مد کنترل تناسبی (P)

در مد کنترل تناسبی خروجی کنترل‌کننده در تناسب با مقدار خطاست (به همین دلیل به آن تناسبی می‌گویند). اگر خطا بزرگ باشد، خروجی کنترل‌کننده هم بزرگ است و اگر خطا کوچک باشد خروجی کنترل‌کننده هم کوچک است. تمام ضرایب PID یک مقدار بهینه دارند و به این صورت نمی‌باشد که صرفاً مقادیر آنها تا حد ممکن کم و یا زیاد نماییم. پارامتر قابل تنظیم کنترل تناسبی، بهره کنترل‌کننده (Controller Gain) یا Kc نامیده می‌شود. هرچه بهره کنترل‌کننده بزرگ‌تر باشد، عمل کنترل تناسبیِ خطا را افزایش می‌دهد. اگر بهره کنترل‌کننده در مقدار بسیار بالایی تنظیم شود، حلقه کنترل شروع به نوسان می‌کند و ناپایدار می‌شود. از سوی دیگر، اگر بهره بسیار کم باشد، پاسخ به اغتشاشات یا تغییرات نقطه تنظیم، به‌اندازه کافی کارساز نخواهد بود. بخش P در کنترلر PID بر مدهای کنترل انتگرالی و مشتقی نیز تأثیر می‌گذارد. به همین دلیل است که این پارامتر را بهره کنترل‌کننده می‌نامیم، نه صرفاً بهره تناسبی.

درحالی‌که اغلب کنترل‌کننده‌ها از بهره کنترل‌کننده (Kc) به‌عنوان تنظیم تناسبی استفاده می‌کنند، برخی کنترل‌کننده‌ها از باند تناسبی (Proportional Band) یا PB بهره می‌برند که برحسب درصد بیان می‌شود.

استفاده از کنترل‌کننده تناسبی به‌تنهایی، یک عیب بزرگ دارد و آن، آفست (Offset) است. آفست، یک خطای پایدار است که نمی‌توان به‌تنهایی با کنترل تناسبی آن را از بین برد.

آفست  چیست؟

تصور کنید که ما یک اتاق به همراه یک گرم‌کننده داریم، سیستم کنترلی ما در اینجا صرفاً بخش تناسبی (P) بوده و خبری از I و D فعلاً نیست. در این اتاق دمای مدنظر باید بروی ۳۰ درجه سانتی‌گراد تنظیم شود. گزاره بالا نقطه هدف و یا آنچه که ما می‌خواهیم می‌باشد، در ادامه شرایطی رخ می‌دهد که باهم واکنش کنترل‌کننده تناسبی را خواهیم دید.

۱. اتفاقی غیرمعمول می‌افتد و یکی از پنجره‌‌ها باز می‌شود.

۲. دمای اتاق به یکباره از ۳۰ به ۲۵ درجه می‌رسد و این کاهش با یک سرعت مشخص ادامه پیدا می‌کند.

۳. کنترل‌کننده تناسبی که از فیدبک دمای اتاق استفاده می‌کند متوجه تغییرات دمایی شده و سعی می‌کند با روشن‌کردن دمنده مانع این تغییر دمای ناخواسته شود.

۴. دمای اتاق به ۲۳ درجه رسیده ولی باتوجه‌به روشن شدن دمنده سرعت کاهش دما کمتر شده است.

۵. کنترل‌کننده تناسبی ما قدرت دمنده را افزایش می‌دهد.

۶. در این نقطه دقیقاً دمنده ما به همان اندازه که هوای سرد وارد اتاق می‌شود گرما تولید می‌کند پس دمای اتاق دقیقاً بروی عدد ۲۳ درجه Set می‌گردد.

۷. از دید کنترل‌کننده تناسبی تغییرات ناخواسته دما به اتمام رسیده و اکنون سیستم بدون هیچ خطایی در حال کار می‌باشد!

 

در کنترل فقط تناسبی، آفست تا زمانی که اپراتور به‌صورت دستی بایاس خروجی کنترل‌کننده را تغییر ندهد، وجود خواهد داشت. این کار معمولاً با قراردادن کنترل‌کننده در حالت دستی و تغییر خروجی به‌صورت دستی تا رسیدن به خطای صفر انجام می‌شود. پس از آن، کنترل‌کننده به حالت خودکار سوئیچ می‌شود. در این حالت می‌گوییم اپراتور به‌صورت دستی کنترل‌کننده را بازنشانی کرده است. ضریب کنترلی در این مد Kp می‌باشد. باتوجه‌ به توضیحاتی که داده شد استفاده منفرد از کنترل‌کننده تناسبی عمدتاً جوابگوی کار ما نیست به همین دلیل به سراغ جزء دوم یعنی کنترل‌کننده انتگرالی می‌رویم.

 

مد کنترلی انتگرالی (I)

باتوجه‌به مشکل ذکر شده در بخش کنترل تناسبی و حذف انحراف همیشگی آن، از عملکرد انتگرال استفاده می‌شود.

I، انتگرال (نسبت به زمان) مقدار واقعی خطا است، به سبب انتگرال‌گیری، مقدار خطای بسیار کمی، پاسخ انتگرالی بسیار بزرگی را نتیجه می‌دهد. در ادامه عملیات کنترل‌کننده انتگرالی تا جایی ادامه می‌یابد تا خطای آفست صفر شود. مد کنترل انتگرالی، خروجی کنترل‌کننده را به‌صورت پیوسته کم یا زیاد می‌کند تا خطا را به صفر کاهش دهد. در عملکرد انتگرال، سطح زیر منحنی خطا، انتگرال منحنی خطاست. ازاین‌رو هرچند در عملکرد تناسبی، منحنی خطا دارای انحراف است، ولی چنانچه عملکرد انتگرال را به آن بیفزاییم به‌مرور سطح زیر منحنی خطا زیاد میشود و باعث کاهش مقدار خطا می‌گردد.

 

مد کنترلی مشتقی (D)

همین ابتدا خاطرنشان می‌شود که کنترل‌کننده مشتق‌گیر هیچ‌گاه به‌تنهایی استفاده نمی‌شود چون اگر خطا ثابت (غیر صفر) باشد، خروجی کنترل‌کننده صفر خواهد شد. در این وضعیت، کنترل‌کننده مانند حالت خطای صفر رفتار می‌کند، اما درواقع مقداری خطا (ثابت) وجود دارد.

y(t) ∝ de(t)/dty(t) = Kd * de(t)/dt

طبق رابطه بالا، خروجی کنترل‌کننده مشتق‌گیر رابطه مستقیمی با سرعت تغییر خطا نسبت به زمان دارد. با حذف علامت تناسب، ما به ثابت بهره مشتق (Kd) می‌رسیم. به‌طورکلی کنترل‌کننده‌های مشتق‌گیر زمانی استفاده می‌شوند که متغیرهای فرآیند شروع به نوسان کنند یا تغییرات در سرعت بسیار بالا داشته باشند. کنترل‌کننده‌های مشتقی همچنین برای پیش‌بینی عملکرد آینده خطا، به‌وسیلهٔ منحنی خطا استفاده می‌شوند.
نکته: این نوع کنترل‌کننده در کنترل فرآیند نسبت به نویز بسیار حساس است و عمدتاً تنظیم با استفاده از سعی و خطا را دشوارتر می‌کند.
در این مد وقتی تغییرات خطا زیاد باشد، مد مشتقی عمل کنترل بیشتری تولید خواهد کرد. وقتی خطا تغییر نکند، عمل مشتقی صفر خواهد بود. مد مشتقی یک تنظیمات قابل تغییر دارد که زمان مشتق (TD) نامیده می‌شود. هر چه زمان مشتق بیشتر باشد، عمل حاصل از مشتق بیشتری تولید خواهد شد. وقتی زمان مشتق بسیار طولانی باشد در این مد نیز نوسان‌هایی رخ می‌دهد و حلقه کنترل ناپایدار خواهد شد. ضریب کنترلی در این مد Kd می‌باشد.
کنترل تناسبی + انتگرالی (PI)

اگر کنترل‌کننده تناسبی را با کنترل‌کننده انتگرالی ترکیب نماییم به یک کنترل‌کننده جدید دست خواهیم یافت که دیگر مشکل آفست (OffSet) یا خطای ماندگار را نخواهد داشت. به این کنترلر به‌اختصار PI کنترلر می‌گویند.

y(t) ∝ [e(t) + ∫ e(t) dt] y(t) = kp *e(t) + ki ∫ e(t) dt

در این کنترلر سطح زیر منحنی خطا را انتگرال منحنی خطا می‌دانند. ازاین‌رو هرچند در عملکرد تناسبی، منحنی خطا دارای انحراف است، ولی چنانچه عملکرد انتگرال را به آن بیفزاییم به‌مرور سطح زیر منحنی خطا زیاد می‌شود و این امر باعث افزایش سیگنال خروجی از کنترل‌کننده و کاهش مقدار خطا و انحراف می‌گردد.
کنترل تناسبی + انتگرالی + مشتقی (PID)

این کنترل‌کننده ترکیب کنترل‌کننده‌های P، I و D است. خروجی کنترل‌کننده مجموع پاسخ‌های تناسبی، انتگرالی و مشتقی است. چنانچه گفته شد عملکرد انتگرال به گذشته نظر دارد. برای افزودن آینده‌نگری به سیستم کنترل، عملکرد مشتق به دو عملکرد یاد شده اضافه می‌شود. مشتق یک منحنی در یک نقطه (در اینجا منحنی خطا)، ضریب زاویه یا میل به آینده منحنی را در آن نقطه نشان می‌دهد.

y(t) ∝ [e(t) + ∫ e(t) dt + de(t)/dt] y(t) = kp * e(t) + ki ∫ e(t) dt + kd * de(t)/dt

در این معادله هر سه ضریب؛ Kp، Ki و Kd تأثیرگذار هستند.

ازآنجایی‌که در ترکیب کردن دست ما باز است به همین دلیل برای این مد کنترلی سه پیکربندی ارائه شده است که عبارت‌اند از؛

  • PID تعاملی (Interactive)
  • PID غیرتعاملی (Noninteractive)
  • PID موازی (Parallel)

در عمده کتاب‌‌ها و مقالات علمی از نوع PID موازی بیشتر استفاده می‌شود، با این وجود برخی از شرکت‌‌ها اجازه تنظیم و انتخاب نوع پیکربندی PID را نیز در اختیار اپراتور قرار می‌دهند.

 

انتخاب کنترل‌کننده مناسب

اولویت نخست ما در طراحی یک کنترل‌کننده، سادگی آن است هرچند ممکن است مقداری خطا هم به وجود بیاید! پس ممکن است در مواردی متد کنترلی P جایگزین PI و حتی PID باشد!

P: زمانی استفاده می‌شود که وجود آفست در سیستم مهم نبوده و قابل‌تحمل باشد یا وقتی‌که فرآیند به طور طبیعی دارای ماهیت انتگرالی باشد.

PI: زمانی استفاده می‌شود که آفست قابل‌تحمل نیست و باید در حالت ماندگار هیچ‌گونه خطای وجود نداشته باشد.

PD: اصولاً به‌ندرت استفاده می‌شود به همین دلیل در دسته‌بندی بالا آن را قرار نداده‌ایم. به‌کارگیری PD باعث خواهد شد که سیستم کنترلی با وجود مقادیر بزرگ‌تر بهره کنترل‌کننده، همچنان پایدار باقی بماند.

PID: زمانی که جبران برخی لختی‌‌های طبیعی در سرتاسر سیستم مهم باشد و سیگنال‌‌های فرآیند نسبتا عاری از نویز باشند قطعا PID انتخاب ما خواهد بود.

 

تنظیم ضرایب PID کنترلر چیست؟

در بسیاری از اوقات باتوجه‌به شناختی که فرد با تأثیر ضرایب و همین‌طور رفتار فرآیند دارد، به‌صورت تجربی انجام می‌شود. همچنین بسیاری از کنترلرهای دیجیتال از ویژگی به نام Auto tune برخوردار هستند.

 

سخت‌افزار PID کنترلر چیست؟

اگر بخواهیم یک مثال برای استفاده از PID در PLC داشته باشیم می‌توانیم به موضوع کنترل فشار با استفاده از پی‌ال‌سی نگاهی داشته باشیم.

 

PID Digital Controller  PID کنترلر چیست؟

یک سری تجهیزات هستند که معمولاً فقط توانایی کنترل PID را دارا هستند. کاربردهای PID در رنج وسیعی از موارد مانند؛ عملیات حرارتی فلزات، خشک‌کردن، تبخیر کردن حلال‌ها، مسائل فرادمایی، پخت فرم‌های متفاوتی از عناصر و … استفاده می‌شود.

 

کنترلر دمای PID

دو روش اصلی برای تنظیم کنترلر دما با استفاده از مقادیر PID وجود دارد.

۱. یک مهندس برق متغیرهای P، I، D، و توان موردنیاز فرآیند جهت تنظیم دما را به‌صورت دستی به دست آورد.

۲. با وارد نمودن مقادیر هدف و استفاده از ساختار خود – تنظیمی کنترلر دما، PID خودش ضرایب را محاسبه و مستقیماً کنترل نماید.

در هر دو روش، PID مقدار توان موردنیاز جهت تثبیت دمایی را به ما می‌دهد که حالا می‌تواند به‌صورت دستی یا خودکار باشد.

 

انتخاب کنترل‌کننده دما PID

حلقه تنظیم PID در انواع کنترلرهای دمایی به تعداد مختلف استفاده می‌شود. متداول‌ترین حالت کنترلر دما، انجام محاسبات PID و مدیریت تک فرآیندی است. تجهیزات پزشکی برای اطمینان از ثابت ماندن دما برای استریلیزه شدن کامل ابزارها، از کنترلر دمای PID تک حلقه استفاده می‌کنند. برنامه چند حلقه کنترلر دمای PID پیچیدگی بیشتری دارد، در این برنامه کنترلر چندین فرآیند را هم‌زمان پردازش می‌کند. بااین‌حال هر فرآیند مستقل بوده و حلقه منحصربه‌فرد خودش را دارد و اختلال در یک فرآیند روی سایرین تأثیری ندارد.

 

کنترل‌های PID با حلقه‌های کنترلی آبشاری

برخی کنترلرهای PID قابلیت‌های بهبودیافته‌ای دارند و می‌توانند حلقه‌های مرتبط را بجای حلقه‌های مستقل اجرا کنند. در کنترل آبشاری، دو حلقه مرتبط باهم به‌صورت اولیه و ثانویه عمل می‌کنند. حلقه اولیه عنصر اصلی فرآیند تحت گرما را کنترل می‌کند درحالی‌که روی قسمت گرما دهنده کنترلی ندارد. حلقه ثانویه اما در عوض همانند ژاکتی به دور حلقه اول قرار گرفته و توسط گرما دهنده تاثیر می‌پذیرد.

 

PID کنترلر چیست؟

کنترل دمای PID چند ناحیه‌ای

برای مثال در اجاق فر صنعتی با ۶ قسمت گرما دهنده مختلف، دما در کل اجاق باید یکسان باشد اما ممکن است برخی از نقاط باعث ایجاد تفاوت دمایی شوند. چون فرآیند به دمایی یکپارچه در تمام نواحی نیاز دارد. راه‌حل؛ استفاده از کنترلر دمای PID چند ناحیه‌ای برای کنترل هر ۶ قسمت گرما دهنده است.

 

سوالات مهم
PID کنترلر چیست؟چگونه عمل می‌‌کند؟

عملکرد اصلی یک کنترل کننده PID خواندن یک سنسور، سپس محاسبه خروجی محرک موردنظر با محاسبه پاسخ‌های تناسبی (ضریب P)، انتگرال (ضریب D) و مشتق (ضریب I) می‌باشد.

 

اجزای سازنده PID کنترلر چیست؟

یک PID از سه بخش؛ تناسب، انتگرال و مشتق تشکیل شده است. در بخش P، کنترل‌کننده تناسبی (Proportional – نگاه به حال فرآیند) قرار گرفته است و وظیفه تناسب با مقدار خطاست. در بخش I، کنترل کننده انتگرالی قرار گرفته که وظیفه آن حذف مقدار دائمی خطا از سیستم می‌باشد و در نهایت بخش D، کنترل کننده مشتقی می‌باشد که وظیفه آن نیز میراسازی و حذف نوسانات خروجی است.

 

کاربرد PID کنترلر چیست؟

امروزه در بیشتر برنامه‌های کنترل فرآیند اتوماتیک در صنعت برای تنظیم جریان، دما، فشار، سطح و بسیاری دیگر از متغیرهای فرآیند صنعتی استفاده می‌شوند.

 

مزایا  PID کنترلر چیست؟
  • طراحی ساده
  • ارزان‌قیمت بودن
  • امکان استفاده از پی ال سی
  • امکان استفاده از دی سی اس
  • نداشتن مقدار خطای دائم

 

آیا آردوینو (Arduino) یک PID است؟

خیر، آردوینو یک پلتفرم سخت‌افزاری و نرم‌افزاری متن‌باز است. پلتفرم آردوینو شامل یک میکروکنترلر تک‌بردی متن‌باز است که قسمت سخت‌افزار آردوینو را تشکیل می‌دهد. ما با استفاده از این میکروکنترلر می‌توانیم نه‌تنها PID بلکه توابع دیگری را نیز طراحی و اجرا نماییم.

 

حرف آخر PID کنترلر چیست؟:

PID حقیقتاً یکی از کارآمدترین ابزارها جهت کنترل فرآیندهای SetPoint محور می‌باشد. چیزی که مشخص است قطعاً PID در این سطح نخواهد ماند و پیشرفت‌های بیشتری را به خود خواهد دید به همین دلیل توصیه می‌کنم در سازوکار و طراحی آن بیشتر عمیق شوید.

برای مشاهده محصولات اینجا کلیک کنید.