בקר PID, שם מלא בשם פרופורציונלי-אינטגרלי-נגזר (בקר פרופורציונלי-אינטגרלי-נגזר), הוא אלגוריתם בקרה חשוב ביותר בתחום השליטה התעשייתית. זה מורכב מיחידה פרופורציונאלית (P), יחידה אינטגרלית (I) ויחידה דיפרנציאלית (ד) שלושה חלקים בסיסיים, על ידי התאמת הפרמטרים של שלושת החלקים הללו (KP, KI, KD) כדי להשיג שליטה מדויקת של האובייקט המבוקר.
עקרון בקר PID
רעיון הליבה של בקר PID הוא לחזות את המצב העתידי על סמך המצב הנוכחי של המערכת (כלומר, סטייה) ומצב העבר (כלומר אינטגרל והפרש סטייה), ולהתאים את כמות הבקרה בהתאם, כך שהמערכת הפלט יכול לעקוב במהירות ובמדויק לעקוב אחר ערך SET. באופן ספציפי:
- שליטה פרופורציונלית (p):אפקט הבקרה נוצר על פי גודל השגיאה, ככל שהשגיאה גדולה יותר, כך אפקט הבקרה חזק יותר. בקרה פרופורציונאלית יכולה להגיב במהירות לשגיאה, ובכך להפחית את השגיאה במצב יציב, אך היא אינה יכולה לבטל את השגיאה במצב יציב.
- שליטה אינטגרלית (i):משלב את השגיאה כדי לבטל את ההבדל הסטטי (כלומר שגיאה במצב יציב). כל עוד השגיאה קיימת, הבקר האינטגרלי ממשיך לצבור בקרת פלט עד שהשגיאה היא אפס. אינטגרל חזק מדי יגדיל את מעבר המערכת ואף יגרום למערכת להתנדנד.
- בקרה דיפרנציאלית (ד):משקף את מגמת השגיאה, לקראת אפקט הבקרה. בקרת דיפרנציאל יכולה להפחית את כמות הפיקוח, כדי להתגבר על התנודה, לשפר את יציבות המערכת ולהאיץ את התגובה הדינמית של המערכת.
יישום בקר PID
בקרי PID נמצאים בשימוש נרחב במגוון מצבי בקרה תעשייתיים בגלל הפשטות, המעשיות והחוסן שלהם, כולל אך לא רק:
- בקרת טמפרטורה:כמו ייצור כימי בבקרת טמפרטורת הכור, כדי להבטיח את איכות המוצר ובטיחות הייצור.
- בקרת לחץ:במערכות אוטומציה תעשייתיות, שליטה מדויקת על לחץ הנוזלים.
- בקרת זרימה:בקרה יציבה על זרימה במערכות הובלת נוזל או גז.
- בקרת ברמה נוזלית:לדוגמה, שליטה אוטומטית על מפלס המים במכלי מים כדי לשמור על מפלס המים בטווח הסט.
- בקרת רובוט:משמש למימוש המעקב המדויק של זווית המפרק, המהירות והפרמטרים התנועה האחרים, כך שהרובוט יכול להשלים מגוון מסלולי תנועה מורכבים.
- תעופה וחלל:זה ממלא תפקיד חשוב בבקרת הגישה ובקרת הניווט של המטוס כדי להבטיח את היציבות והדיוק של המטוס.
יתרונות של בקר PID
- מבנה פשוט:לבקר ה- PID יש מבנה פשוט וקל למימוש ובאגים.
- יכולת הסתגלות חזקה:זה חל על מערכות ליניאריות שונות וכמה מערכות לא לינאריות, ואינו דורש דוגמנות מדויקת של מודל המערכת.
- איתנות חזקה:יכולת ויציבות חזקה נגד אינטר-אינטרוואנס, יכולים להסתגל לסביבות עבודה שונות ולשינויי עומס.
- עלות נמוכה:עלות המימוש נמוכה יחסית, וניתן להשתמש בה באופן נרחב במערכות בקרת אוטומציה תעשייתיות שונות.
פרמטריזציה של בקרי PID
הביצועים של בקר ה- PID תלויים במידה רבה בכוונון הפרמטרים. שיטות כוונון פרמטרים נפוצות כוללות את שיטת הניסוי והטעייה, השיטה האמפירית, שיטת היחס הקריטי וכן הלאה. באמצעות התאמת פרמטרים סבירה, בקר ה- PID יכול להשיג את אפקט השליטה הטוב ביותר.
לסיכום, בקר PID הוא טכנולוגיה בוגרת, מערכת בקרה בשימוש נרחב, התכונות הפשוטות, המעשיות והחזקות שלה הופכות אותה למלא תפקיד חשוב בתחום בקרת האוטומציה התעשייתית.