पीआईडी ​​नियंत्रक को समझना

पीआईडी ​​नियंत्रण सिद्धांत का पहला सफल मूल्यांकन जहाजों के लिए स्वचालित स्टीयरिंग सिस्टम के क्षेत्र में व्यावहारिक रूप से सत्यापित किया गया था, वर्ष 1920 के आसपास। इसके बाद इसे अनुकूलित और सटीक विनिर्माण उत्पादन विनिर्देशों की आवश्यकता वाले विभिन्न औद्योगिक स्वचालित प्रक्रिया नियंत्रणों में लागू किया गया था। विनिर्माण इकाइयों के लिए पीआईडी ​​को सटीक वायवीय नियंत्रण प्राप्त करने के लिए लोकप्रिय रूप से लागू किया गया था, और अंततः पीआईडी ​​सिद्धांत को आधुनिक समय में इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रकों में लागू किया गया था।

पीआईडी ​​नियंत्रक क्या है

पीआईडी ​​शब्द आनुपातिक अभिन्न व्युत्पन्न नियंत्रक के लिए संक्षिप्त है, जो एक प्रतिक्रिया पाश तंत्र है, जिसे विभिन्न औद्योगिक नियंत्रण मशीनरी के सटीक नियंत्रण के लिए डिज़ाइन किया गया है, और कई अन्य समान अनुप्रयोगों के लिए जिन्हें महत्वपूर्ण और स्वचालित मॉडुलन नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

इसे लागू करने के लिए, एक पीआईडी ​​नियंत्रक लगातार सिस्टम ऑपरेशन की निगरानी करता है, और प्रेरित त्रुटि तत्व की गणना करता है। इसके बाद आवश्यक सेट-पॉइंट (एसपी), और मापा प्रक्रिया चर (पीवी) के बीच अंतर के रूप में इस तात्कालिक त्रुटि मूल्य का मूल्यांकन करता है।

उपरोक्त के संदर्भ में, आनुपातिक (पी), अभिन्न (आई), और व्युत्पन्न (डी) अभिव्यक्तियों और इसलिए पीआईडी ​​नियंत्रक नाम के संदर्भ में एक तात्कालिक और स्वचालित प्रतिक्रिया सुधार निष्पादित किया जाता है।

सरल शब्दों में एक पीआईडी ​​नियंत्रक किसी दिए गए मशीन सिस्टम के काम की निरंतर निगरानी करता है, और एक बाहरी एल्गोरिथ्म के माध्यम से बाहरी प्रभावों के कारण होने वाले बदलावों के आधार पर अपनी आउटपुट प्रतिक्रिया को सही करता रहता है। इस प्रकार यह सुनिश्चित करता है कि मशीन हमेशा निर्धारित आदर्श परिस्थितियों में काम करती है।

पीआईडी ​​ब्लॉक आरेख को समझना

एक पीआईडी ​​नियंत्रक को 3 नियंत्रण मापदंडों का पता लगाने और प्रबंधित करने की क्षमता के कारण एक बहुमुखी नियंत्रण प्रणाली माना जाता है: आनुपातिक, अभिन्न और व्युत्पन्न, और इन 3 मापदंडों के संदर्भ में चरम सटीकता के साथ आउटपुट पर इच्छित इष्टतम नियंत्रण लागू करें।

नीचे दी गई छवि पीआईडी ​​के ब्लॉक आरेख को दिखाती है। हम इस ब्लॉक आरेख का हवाला देकर एक पीआईडी ​​के काम करने के बुनियादी सिद्धांत को जल्दी से समझ सकते हैं।

छवि सौजन्य: en.wikipedia.org/wiki/File:PID_en.svg

यहाँ हम त्रुटि मान के अनुसार e (t) जैसे चर का एक सेट, लक्षित सेट बिंदु के अनुरूप r (t) और मापा प्रक्रिया चर के रूप में y (t) देख सकते हैं। पीआईडी ​​नियंत्रक अपने पूरे ऑपरेशन के दौरान निर्धारित सेटपॉइंट आर (टी) या एसपी और मापा प्रक्रिया मूल्य y (टी) या पीवी के बीच के अंतर का आकलन करके त्रुटि मान ई (टी) की निगरानी करता है, और परिणामस्वरूप मापदंडों का उपयोग करके एक प्रतिक्रिया सुधार या अनुकूलन निष्पादित करता है। अर्थात्: आनुपातिक, अभिन्न और व्युत्पन्न।

नियंत्रक नियंत्रण की शर्तों (पी, आई, डी) के विश्लेषणित भारित योग के आधार पर नियंत्रण चर यू (टी) को ताज़ा मूल्यों में समायोजित करके, त्रुटि प्रभाव को कम करने का प्रयास जारी रखता है।

उदाहरण के लिए, वाल्व नियंत्रण के संचालन में, इसके उद्घाटन और समापन जटिल आकलन के माध्यम से एक पीआईडी ​​द्वारा लगातार भिन्न हो सकते हैं, जैसा कि ऊपर बताया गया है।

दिखाए गए सिस्टम में नीचे बताए गए विभिन्न शब्दों को समझा जा सकता है:

P- नियंत्रक:

P शब्द तात्कालिक त्रुटि मानों e (t) के लिए आनुपातिक है जो कि SP - PV के परिणाम का मूल्यांकन करके प्राप्त किया गया है। ऐसी स्थिति में जब त्रुटि मान बड़ा हो जाता है, नियंत्रण उत्पादन भी लाभ कारक 'के' के संदर्भ में आनुपातिक रूप से बड़ा हो जाता है। हालांकि तापमान नियंत्रण में मुआवजे की आवश्यकता वाली एक प्रक्रिया में, आनुपातिक नियंत्रण, समग्र रूप से सेटपॉइंट और वास्तविक प्रक्रिया मान में अशुद्धि का कारण बन सकता है, क्योंकि यह आनुपातिक प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए त्रुटि प्रतिक्रिया के बिना संतोषजनक ढंग से काम नहीं कर सकता है। आरोप है कि त्रुटि प्रतिक्रिया के बिना, उचित सुधारात्मक प्रतिक्रिया संभव नहीं हो सकती है।

I- नियंत्रक:

एसपी - पीवी त्रुटियों के पहले से मूल्यांकन किए गए मूल्यों के लिए मैं जिम्मेदार हो जाता हूं, और शब्द I बनाने के लिए संचालन अवधि के दौरान उन्हें एकीकृत करता है। उदाहरण के लिए, जबकि आनुपातिक नियंत्रण लागू किया जा रहा है यदि एसपी - पीवी कुछ त्रुटि पैदा करता है, तो पैरामीटर I सक्रिय हो जाता है और इस अवशिष्ट त्रुटि को समाप्त करने का प्रयास करता है। यह वास्तव में पहले के समय दर्ज की गई त्रुटि के संचयी मूल्य के कारण ट्रिगर नियंत्रण प्रतिक्रिया के साथ होता है। जैसे ही यह होता है I शब्द किसी भी आगे को बढ़ाता है। यह त्रुटि कारक को कम करने के लिए आनुपातिक प्रभाव को कम करने का कारण बनता है, हालांकि यह भी क्षतिपूर्ति हो जाता है क्योंकि अभिन्न प्रभाव विकसित होता है।

D- नियंत्रक:

डी शब्द एसपी - पीवी त्रुटि के लिए विकसित होने वाले रुझानों के लिए एक सबसे उपयुक्त अनुमान है, जो त्रुटि कारक के परिवर्तन की तात्कालिक दर पर निर्भर करता है। यदि परिवर्तन की यह दर तेजी से बढ़ती है, तो प्रतिक्रिया नियंत्रण अधिक आक्रामक तरीके से लागू होता है, और इसके विपरीत।

पीआईडी ​​ट्यूनिंग क्या है

उपरोक्त चर्चा किए गए मापदंडों को इष्टतम नियंत्रण फ़ंक्शन सुनिश्चित करने के लिए सही संतुलन की आवश्यकता हो सकती है, और यह 'लूप ट्यूनिंग' नामक एक प्रक्रिया के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। निम्नलिखित ट्यूनिंग स्थिरांक को 'K' के रूप में दर्शाया गया है जैसा कि निम्नलिखित कटौती में दिखाया गया है। इनमें से प्रत्येक स्थिरांक को एक चयनित अनुप्रयोग के लिए व्यक्तिगत रूप से प्राप्त किया जाना चाहिए, क्योंकि स्थिरांक सख्ती से निर्भर करते हैं और लूप में शामिल विशिष्ट बाहरी मापदंडों की विशेषताओं और प्रभावों के अनुसार भिन्न होते हैं। इनमें किसी दिए गए पैरामीटर को मापने के लिए नियोजित सेंसर की प्रतिक्रिया शामिल हो सकती है, अंतिम थ्रॉटलिंग तत्व जैसे कि नियंत्रण वाल्व, लूप सिग्नल में एक संभावित समय बीतने और स्वयं प्रक्रिया आदि।

यह लागू होने के आधार पर स्थिरांक के लिए अनुमानित मूल्यों को लागू करने के लिए स्वीकार्य हो सकता है, हालांकि आवेदन के प्रकार के आधार पर लेकिन इसके लिए अंततः कुछ गंभीर ठीक ट्यूनिंग की आवश्यकता हो सकती है और व्यावहारिक प्रयोग के माध्यम से निर्धारित बिंदुओं में परिवर्तन करके और बाद में प्रतिक्रिया का अवलोकन कर सकते हैं। तंत्र नियंत्रण।

चाहे गणितीय मॉडल या व्यावहारिक पाश में, दोनों को निर्दिष्ट शर्तों के लिए 'प्रत्यक्ष' नियंत्रण कार्रवाई को नियोजित करते देखा जा सकता है। मतलब जब एक सकारात्मक त्रुटि में वृद्धि का पता चलता है, तो इसमें शामिल शर्तों के लिए स्थिति को नियंत्रित करने के लिए एक समान रूप से बढ़ा हुआ सकारात्मक नियंत्रण शुरू किया जाता है।

हालाँकि, यह उन अनुप्रयोगों में उलट किया जा सकता है जहां आउटपुट पैरामीटर में एक विपरीत सुधारात्मक उपाय की आवश्यकता के विपरीत एक कॉन्फ़िगर की गई विशेषता हो सकती है। आइए एक प्रवाह लूप के उदाहरण पर विचार करें जिसमें वाल्व खोलने की प्रक्रिया को 100% और 0% आउटपुट का उपयोग करने के लिए निर्दिष्ट किया गया है, लेकिन इसे संबंधित 0% और 100% आउटपुट के साथ नियंत्रित करने की आवश्यकता है, इस मामले में एक रिवर्स सुधारात्मक नियंत्रण आवश्यक हो जाता है। अधिक सटीक होने के लिए एक वॉटर कूलिंग सिस्टम में एक सुरक्षा सुविधा होती है जिसमें सिग्नल की हानि के दौरान इसके वाल्व को 100% खुला होना आवश्यक है। इस मामले में कंट्रोलर आउटपुट सिग्नल की अनुपस्थिति में 0% नियंत्रण में बदलने में सक्षम होना चाहिए, ताकि वाल्व पूर्ण 100% पर खुलने में सक्षम हो, इसे 'रिवर्स एक्टिंग' नियंत्रण कहा जाता है।

नियंत्रण समारोह का गणितीय मॉडल

इस गणितीय मॉडल में, सभी गैर-नकारात्मक स्थिरांक Kp, Ki, और Kd क्रमशः समानुपातिक, अभिन्न और व्युत्पन्न शब्दों के लिए गुणांक का संकेत देते हैं (कुछ अवसरों पर इन्हें P, I और D भी दर्शाया जाता है)।

पीआईडी ​​नियंत्रण शर्तों को अनुकूलित करना

उपरोक्त चर्चाओं से हमें समझ में आया कि मूलभूत रूप से पीआईडी ​​नियंत्रण प्रणाली तीन नियंत्रण मापदंडों के साथ काम करती है, हालांकि कुछ छोटे अनुप्रयोग इन शब्दों में से एक या तीन शब्दों में से एक भी शब्द का उपयोग करना पसंद कर सकते हैं।

अनुकूलन का उपयोग अप्रयुक्त शब्द को शून्य सेटिंग में करने के लिए किया जाता है, और पीआई, पीडी या एकल शब्द जैसे कि पी या आई के कुछ जोड़े को शामिल करते हुए, इनमें से पीआई नियंत्रक कॉन्फ़िगरेशन अधिक आम है क्योंकि डी शब्द आमतौर पर शोर के लिए प्रवण होता है। प्रभाव और इसलिए ज्यादातर मामलों में, जब तक कड़ाई से अनिवार्य नहीं है। टर्म I को आम तौर पर शामिल किया जाता है क्योंकि यह आउटपुट पर इच्छित इष्टतम लक्ष्य मान प्राप्त करने के लिए सिस्टम को सुनिश्चित करता है।