पिड नियंत्रक: काम, संरचना और ट्यूनिंग के तरीके

पीआईडी ​​नियंत्रक को समझाने से पहले, हम नियंत्रण प्रणाली के बारे में संशोधित करते हैं। दो प्रकार की प्रणालियाँ हैं; ओपन लूप सिस्टम और क्लोज लूप सिस्टम। एक ओपन लूप सिस्टम को एक अनियंत्रित प्रणाली के रूप में भी जाना जाता है और क्लोज लूप सिस्टम को एक नियंत्रित प्रणाली के रूप में जाना जाता है। ओपन लूप सिस्टम में, आउटपुट को नियंत्रित नहीं किया जाता है क्योंकि इस सिस्टम का कोई फीडबैक नहीं है और क्लोज लूप सिस्टम में कंट्रोलर की मदद से आउटपुट को कंट्रोल किया जाता है और इस सिस्टम के लिए एक या अधिक फीडबैक पाथ की आवश्यकता होती है। एक ओपन लूप सिस्टम बहुत सरल है लेकिन औद्योगिक नियंत्रण अनुप्रयोगों में उपयोगी नहीं है क्योंकि यह प्रणाली अनियंत्रित है। क्लोज़ लूप सिस्टम जटिल है लेकिन औद्योगिक अनुप्रयोग के लिए सबसे उपयोगी है, क्योंकि इस प्रणाली में आउटपुट एक वांछित मूल्य पर स्थिर हो सकता है, पीआईडी ​​बंद लूप सिस्टम का एक उदाहरण है । इस प्रणाली का ब्लॉक आरेख नीचे दिए गए चित्र -1 में दिखाया गया है।

एक क्लोज लूप सिस्टम को फीडबैक कंट्रोल सिस्टम के रूप में भी जाना जाता है और इस प्रकार के सिस्टम का उपयोग वांछित आउटपुट या संदर्भ में स्वचालित रूप से स्थिर सिस्टम को डिजाइन करने के लिए किया जाता है। इस कारण से, यह एक त्रुटि संकेत उत्पन्न करता है। त्रुटि सिग्नल ई (टी) आउटपुट वाई (टी) और संदर्भ सिग्नल यू (टी) के बीच का अंतर है । जब यह त्रुटि शून्य होती है अर्थात वांछित आउटपुट प्राप्त होता है और इस स्थिति में आउटपुट रेफरेंस सिग्नल के समान होता है।

उदाहरण के लिए, एक ड्रायर कई बार चल रहा है, जो पूर्व-निर्धारित मान है। जब ड्रायर को चालू किया जाता है, तो टाइमर शुरू होता है और यह तब तक चलेगा जब तक टाइमर समाप्त नहीं हो जाता है और आउटपुट (सूखा कपड़ा) देता है। यह एक सरल ओपन लूप सिस्टम है, जहां आउटपुट को नियंत्रित करने की आवश्यकता नहीं है और किसी भी प्रतिक्रिया पथ की आवश्यकता नहीं है। यदि इस प्रणाली में, हमने एक नमी सेंसर का उपयोग किया है जो प्रतिक्रिया पथ प्रदान करता है और सेट बिंदु के साथ इसकी तुलना करता है और एक त्रुटि उत्पन्न करता है। यह त्रुटि शून्य होने तक ड्रायर चलता है। इसका मतलब है जब कपड़े की नमी सेट बिंदु के समान होगी, तो ड्रायर काम करना बंद कर देगा। में खुला लूप प्रणाली, ड्रायर कपड़े से प्रभावित हुए बिना तय समय के लिए चलेगा सूखा या गीला कर रहे हैं। लेकिन करीब लूप सिस्टम में, ड्रायर निश्चित समय के लिए नहीं चलेगा, यह तब तक चलेगा जब तक कपड़े सूख नहीं जाते। यह करीबी लूप सिस्टम और नियंत्रक के उपयोग का लाभ है।

पीआईडी ​​नियंत्रक और इसके कार्य:

तो पीआईडी ​​नियंत्रक क्या है? पीआईडी ​​नियंत्रक औद्योगिक अनुप्रयोग में सार्वभौमिक रूप से स्वीकार किया जाता है और सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला नियंत्रक है क्योंकि पीआईडी ​​नियंत्रक सरल है, अच्छी स्थिरता और तेजी से प्रतिक्रिया प्रदान करता है। पीआईडी ​​आनुपातिक, अभिन्न, व्युत्पन्न के लिए खड़ा है । प्रत्येक अनुप्रयोग में, इन तीन क्रियाओं के गुणांक इष्टतम प्रतिक्रिया और नियंत्रण प्राप्त करने के लिए विविध हैं। नियंत्रक इनपुट त्रुटि संकेत है और उत्पादन संयंत्र / प्रक्रिया को दिया जाता है। नियंत्रक का आउटपुट सिग्नल उत्पन्न होता है, इस तरह से, संयंत्र का उत्पादन वांछित मूल्य प्राप्त करने की कोशिश करता है।

पीआईडी ​​कंट्रोलर एक क्लोज लूप सिस्टम है जिसमें फीडबैक कंट्रोल सिस्टम होता है और यह सेट पॉइंट के साथ प्रोसेस वेरिएबल (फीडबैक वेरिएबल) की तुलना करता है और एक एरर सिग्नल उत्पन्न करता है और उसी के अनुसार यह सिस्टम के आउटपुट को एडजस्ट करता है। यह प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक कि यह त्रुटि शून्य तक नहीं हो जाती है या प्रक्रिया चर मान सेट बिंदु के बराबर हो जाती है।

PID कंट्रोलर ON / OFF कंट्रोलर से बेहतर परिणाम देता है । ON / OFF नियंत्रक में, सिस्टम को नियंत्रित करने के लिए केवल दो राज्य उपलब्ध हैं। यह या तो चालू या बंद हो सकता है। यह तब होगा जब प्रक्रिया मान सेट बिंदु से कम है और यह तब बंद होगा जब प्रक्रिया मूल्य सेट बिंदु से अधिक हो। इस नियंत्रक में, आउटपुट कभी भी स्थिर नहीं होगा, यह हमेशा सेटपॉइंट के चारों ओर दोलन करेगा। लेकिन PID नियंत्रक ON / OFF नियंत्रक की तुलना में अधिक स्थिर और सटीक है।

पीआईडी ​​नियंत्रक तीन शब्दों का एक संयोजन है; आनुपातिक, अभिन्न और व्युत्पन्न । आइए हम इन तीन शब्दों को व्यक्तिगत रूप से समझें।

नियंत्रण के पीआईडी ​​मोड:

आनुपातिक (पी) प्रतिक्रिया:

शब्द 'P' त्रुटि के वास्तविक मूल्य के आनुपातिक है। यदि त्रुटि बड़ी है, तो नियंत्रण आउटपुट भी बड़ा है और यदि त्रुटि छोटा है तो नियंत्रण आउटपुट भी छोटा है, लेकिन लाभ कारक (K _p) है

खाते में लेना भी। प्रतिक्रिया की गति आनुपातिक लाभ कारक (के _पी) के सीधे आनुपातिक भी है । तो, K _p के मान को बढ़ाकर प्रतिक्रिया की गति को बढ़ाया जाता है लेकिन यदि K _p को सामान्य श्रेणी से आगे बढ़ाया जाता है, तो प्रक्रिया चर उच्च दर पर दोलन करना शुरू कर देता है और सिस्टम को अस्थिर बना देता है।

y (t) (e (t) y (t) = k _i * e (t)

यहां, परिणामी त्रुटि को आनुपातिकता लाभ कारक (आनुपातिक स्थिर) के साथ गुणा किया जाता है जैसा कि उपरोक्त समीकरण में दिखाया गया है। यदि केवल P नियंत्रक का उपयोग किया जाता है, तो उस समय, इसे मैन्युअल रीसेट की आवश्यकता होती है क्योंकि यह स्थिर स्थिति त्रुटि (ऑफसेट) को बनाए रखता है।

अभिन्न (आई) प्रतिक्रिया:

इंटीग्रल कंट्रोलर का उपयोग आमतौर पर स्थिर स्टेट एरर को कम करने के लिए किया जाता है। शब्द 'I' त्रुटि के वास्तविक मूल्य के साथ एकीकृत (समय के संबंध में) है । एकीकरण के कारण, त्रुटि का बहुत छोटा मूल्य, परिणाम बहुत अधिक अभिन्न प्रतिक्रिया देता है। इंटीग्रल कंट्रोलर एक्शन तब तक बदलता रहता है जब तक कि त्रुटि शून्य न हो जाए।

y (t) (∫ e (t) y (t) = k _i t e (t)

अभिन्न लाभ प्रतिसाद की गति के विपरीत आनुपातिक है, k _i बढ़ रहा है, प्रतिसाद की गति को कम करें। आनुपातिक और इंटीग्रल कंट्रोलरों को संयुक्त (पीआई नियंत्रक) प्रतिक्रिया और स्थिर राज्य प्रतिक्रिया की अच्छी गति के लिए उपयोग किया जाता है।

व्युत्पन्न (डी) प्रतिक्रिया:

व्युत्पन्न नियंत्रक का उपयोग पीडी या पीआईडी ​​के संयोजन के साथ किया जाता है। यह कभी भी अकेले उपयोग नहीं किया जाता है, क्योंकि यदि त्रुटि स्थिर (गैर-शून्य) है, तो नियंत्रक का उत्पादन शून्य होगा। इस स्थिति में, नियंत्रक जीवन शून्य त्रुटि का व्यवहार करता है, लेकिन वास्तविक में कुछ त्रुटि (स्थिर) होती है। व्युत्पन्न नियंत्रक का आउटपुट समीकरण के अनुसार समय के साथ त्रुटि के परिवर्तन की दर के लिए आनुपातिक है। आनुपातिकता के संकेत को हटाकर, हम व्युत्पन्न लाभ स्थिर (k _d) प्राप्त करते हैं। आम तौर पर, व्युत्पन्न नियंत्रक का उपयोग तब किया जाता है जब प्रोसेसर चर बहुत अधिक गति से दोलन या परिवर्तन शुरू करता है। D- कंट्रोलर का उपयोग त्रुटि वक्र द्वारा भविष्य के व्यवहार के पूर्वानुमान के लिए भी किया जाता है। गणितीय समीकरण नीचे दिखाया गया है;

y (t) (de (t) / dt y (t) = K _d * de (t) / dt

आनुपातिक और अभिन्न नियंत्रक:

यह P और I नियंत्रक का संयोजन है। नियंत्रक का आउटपुट दोनों (आनुपातिक और अभिन्न) प्रतिक्रियाओं का योग है। गणितीय समीकरण नीचे दिखाया गया है;

y (t) ((e (t) + t e (t) dt) y (t) = k _p * e (t) + k _i (e (t) dt

आनुपातिक और व्युत्पन्न नियंत्रक: यह P और D नियंत्रक का संयोजन है। नियंत्रक का आउटपुट आनुपातिक और व्युत्पन्न प्रतिक्रियाओं का योग है। पीडी नियंत्रक का गणितीय समीकरण नीचे दिखाया गया है;

y (t) ((e (t) + de (t) / dt) y (t) = k _p * e (t) + k _d * de (t) / dt

आनुपातिक, अभिन्न और व्युत्पन्न नियंत्रक: यह P, I और D नियंत्रक का संयोजन है। नियंत्रक का आउटपुट आनुपातिक, अभिन्न और व्युत्पन्न प्रतिक्रियाओं का योग है। पीडी नियंत्रक का गणितीय समीकरण नीचे दिखाया गया है;

y (t) ((e (t) + t e (t) dt + de (t) / dt) y (t) = k _p * e (t) + k _i (e (t) dt + k _d * डी (टी) / डीटी

इस प्रकार, इस आनुपातिक, अभिन्न और व्युत्पन्न नियंत्रण प्रतिक्रिया को मिलाकर, एक पीआईडी ​​नियंत्रक बनाता है ।

पीआईडी ​​नियंत्रक के लिए ट्यूनिंग के तरीके:

वांछित आउटपुट के लिए, इस नियंत्रक को ठीक से ट्यून किया जाना चाहिए। पीआईडी ​​सेटिंग द्वारा पीआईडी ​​नियंत्रक से आदर्श प्रतिक्रिया प्राप्त करने की प्रक्रिया को नियंत्रक की ट्यूनिंग कहा जाता है । पीआईडी की स्थापना का मतलब आनुपातिक (के के लाभ के इष्टतम मान सेट _पी), व्युत्पन्न (कश्मीर _घ) और अभिन्न (k _मैं) प्रतिक्रिया। PID कंट्रोलर को डिस्टर्बेंस रिजेक्ट करने के लिए ट्यून किया जाता है, जो किसी दिए गए सेटपॉइंट और कमांड ट्रैकिंग पर रहता है, मतलब अगर सेटपॉइंट चेंज है, तो कंट्रोलर का आउटपुट नए सेटपॉइंट को फॉलो करेगा। यदि नियंत्रक ठीक से ट्यून किया गया है, तो नियंत्रक का उत्पादन कम दोलन और कम भिगोने के साथ चर सेटपॉइंट का पालन करेगा।

पीआईडी ​​नियंत्रक को ट्यून करने और वांछित प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए कई तरीके हैं । ट्यूनिंग नियंत्रक के लिए तरीके नीचे दिए गए हैं;

1. परीक्षण और त्रुटि विधि
2. प्रक्रिया प्रतिक्रिया वक्र तकनीक
3. ज़िगलर-निकोल्स विधि
4. रिले विधि
5. सॉफ्टवेयर का उपयोग करना

1. परीक्षण और त्रुटि विधि:

परीक्षण और त्रुटि विधि को मैनुअल ट्यूनिंग विधि के रूप में भी जाना जाता है और यह विधि सबसे सरल विधि है। इस विधि में, पहले kp के मान को बढ़ाएँ जब तक कि सिस्टम दोलन प्रतिक्रिया तक नहीं पहुँच जाता है लेकिन सिस्टम को अस्थिर नहीं करना चाहिए और kd और ki शून्य का मान रखना चाहिए। उसके बाद, इस तरह से की का मान सेट करें, सिस्टम का दोलन बंद हो जाता है। इसके बाद तेजी से प्रतिक्रिया के लिए kd का मान सेट करें।

2. प्रक्रिया प्रतिक्रिया वक्र तकनीक:

इस विधि को कोहेन-कून ट्यूनिंग विधि के रूप में भी जाना जाता है। इस विधि में सबसे पहले एक गड़बड़ी के जवाब में एक प्रक्रिया प्रतिक्रिया वक्र उत्पन्न करते हैं। इस वक्र द्वारा हम नियंत्रक लाभ, अभिन्न समय और व्युत्पन्न समय के मूल्य की गणना कर सकते हैं। इस वक्र को प्रक्रिया के खुले लूप चरण परीक्षण में मैन्युअल रूप से प्रदर्शन करके पहचाना जाता है। प्रारंभिक कदम प्रतिशत गड़बड़ी से मॉडल पैरामीटर पा सकते हैं। इस वक्र से हमें ढलान, मृत समय और वक्र के उदय समय का पता लगाना होगा जो किपी, की और केडी के मूल्य के अलावा और कुछ नहीं है।

3. ज़िग्लर-निकोल्स विधि:

इस विधि में भी पहले ki और kd शून्य का मान सेट करें। आनुपातिक लाभ (kp) तब तक बढ़ जाता है जब तक वह अंतिम लाभ (ku) पर न पहुँच जाए। अंतिम लाभ कुछ भी नहीं है, लेकिन यह एक लाभ है जिस पर लूप का उत्पादन दोलन शुरू होता है। इस कू और दोलन अवधि टीयू का उपयोग नीचे दी गई तालिका से पीआईडी ​​नियंत्रक के लाभ को प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

नियंत्रक का प्रकार	केपी	k i	केडी
पी	0.5 के यू
अनुकरणीय	0.45 के यू	0.54 के यू / टी यू
पीआईडी	0.60 के यू	1.2 k u / T u	3 के यू टी यू / 40

4. रिले विधि:

इस विधि को एस्ट्रो-हगलगंड विधि के रूप में भी जाना जाता है। यहां आउटपुट को कंट्रोल चर के दो मानों के बीच स्विच किया जाता है लेकिन इन मानों को इस तरह से चुना जाता है कि प्रक्रिया सेटपॉइंट को पार कर जाए। जब प्रक्रिया चर सेटपॉइंट से कम होती है, तो नियंत्रण आउटपुट उच्च मूल्य पर सेट होता है। जब प्रक्रिया मूल्य सेटपॉइंट से अधिक होता है, तो नियंत्रण आउटपुट कम मूल्य पर सेट होता है और आउटपुट तरंग का गठन होता है। इस दोलन तरंग की अवधि और आयाम को अंतिम लाभ कू और अवधि तु को निर्धारित करने के लिए मापा और उपयोग किया जाता है जो उपरोक्त विधि में उपयोग किया जाता है।

5. सॉफ्टवेयर का उपयोग करना:

पीआईडी ​​ट्यूनिंग और लूप ऑप्टिमाइज़ेशन के लिए, सॉफ्टवेयर पैकेज उपलब्ध हैं। ये सॉफ्टवेयर पैकेज डेटा एकत्र करते हैं और सिस्टम का गणितीय मॉडल बनाते हैं। इस मॉडल द्वारा, सॉफ्टवेयर संदर्भ परिवर्तनों से एक इष्टतम ट्यूनिंग पैरामीटर पाता है।

पीआईडी ​​नियंत्रक की संरचना:

पीआईडी ​​नियंत्रक माइक्रोप्रोसेसर प्रौद्योगिकी के आधार पर डिज़ाइन किए गए हैं। विभिन्न विनिर्माण विभिन्न पीआईडी ​​संरचना और समीकरण का उपयोग करते हैं। सबसे आम इस्तेमाल पीआईडी ​​समीकरण हैं; समानांतर, आदर्श और श्रृंखला PID समीकरण ।

में समानांतर पीआईडी समीकरण,, आनुपातिक अभिन्न और व्युत्पन्न कार्यों इन तीनों गतिविधियों की एक दूसरे को और गठबंधन प्रभाव के साथ अलग से काम कर रहे हैं प्रणाली में कार्य कर रहे हैं। इस प्रकार के पीआईडी ​​का ब्लॉक आरेख नीचे दिखाया गया है;

में आदर्श पीआईडी समीकरण, लाभ निरंतर कश्मीर _पी सभी अवधि के लिए वितरित किया जाता है। तो, k _p में परिवर्तन समीकरण के अन्य सभी शब्दों को प्रभावित करता है।

में श्रृंखला पीआईडी समीकरण, लाभ निरंतर कश्मीर _पी सभी शर्तों आदर्श पीआईडी समीकरण के रूप में ही करने के लिए वितरित किया जाता है, लेकिन इस समीकरण अभिन्न और व्युत्पन्न निरंतर में आनुपातिक कार्रवाई पर एक प्रभाव है।

पीआईडी ​​नियंत्रक के अनुप्रयोग:

तापमान नियंत्रण:

आइए हम किसी भी संयंत्र / प्रक्रिया के एसी (एयर-कंडीशनर) का एक उदाहरण लें। सेटपॉइंट तापमान (20) C) है और सेंसर द्वारा वर्तमान मापा तापमान 28 aim C. है। हमारा उद्देश्य AC को वांछित तापमान (20 (C) पर चलाना है। अब, AC का नियंत्रक, त्रुटि के अनुसार सिग्नल उत्पन्न करता है (8 and C) और यह संकेत AC को दिया जाता है। इस संकेत के अनुसार, AC का आउटपुट बदल जाता है और तापमान घटकर 25 same C हो जाता है। आगे भी यही प्रक्रिया दोहराई जाएगी, जब तक तापमान सेंसर वांछित तापमान को माप नहीं लेता। जब त्रुटि शून्य होती है, तो नियंत्रक एसी को स्टॉप कमांड देगा और फिर से तापमान कुछ निश्चित मूल्य तक बढ़ जाएगा और फिर से त्रुटि उत्पन्न होगी और उसी प्रक्रिया को लगातार दोहराया जाएगा।

सोलर पीवी के लिए एमपीपीटी (अधिकतम पावर प्वाइंट ट्रैकिंग) चार्ज कंट्रोलर की डिजाइनिंग:

एक पीवी सेल की IV विशेषता तापमान और विकिरण स्तर पर निर्भर करती है। तो, वायुमंडलीय स्थितियों में परिवर्तन के संबंध में ऑपरेटिंग वोल्टेज और करंट लगातार बदल जाएगा। इसलिए, एक कुशल पीवी सिस्टम के लिए अधिकतम पावर पॉइंट को ट्रैक करना बहुत महत्वपूर्ण है। एमपीपीटी को खोजने के लिए, पीआईडी ​​नियंत्रक का उपयोग किया जाता है और उसके लिए नियंत्रक को वर्तमान और वोल्टेज सेटपॉइंट दिया जाता है। यदि वायुमंडलीय स्थितियां बदल जाएंगी, तो यह ट्रैकर वोल्टेज और वर्तमान को स्थिर रखता है।

पावर इलेक्ट्रॉनिक्स कनवर्टर:

पीआईडी ​​नियंत्रक कन्वर्टर्स की तरह पावर इलेक्ट्रॉनिक्स एप्लिकेशन में सबसे उपयोगी है। यदि एक कनवर्टर सिस्टम के साथ जुड़ा हुआ है, तो लोड में परिवर्तन के अनुसार, कनवर्टर का आउटपुट बदलना होगा। उदाहरण के लिए, एक इन्वर्टर लोड के साथ जुड़ा हुआ है, अगर लोड बढ़ता है तो इन्वर्टर से अधिक करंट प्रवाह होगा। तो, वोल्टेज और वर्तमान पैरामीटर ठीक नहीं है, यह आवश्यकता के अनुसार बदल जाएगा। इस स्थिति में, IIDTs इन्वर्टर के स्विचिंग के लिए PWM पल्स उत्पन्न करने के लिए PID कंट्रोलर का उपयोग किया जाता है। लोड में परिवर्तन के अनुसार, प्रतिक्रिया संकेत नियंत्रक को दिया जाता है और यह त्रुटि उत्पन्न करेगा। पीडब्लूएम दालें त्रुटि संकेत के अनुसार उत्पन्न होती हैं। तो, इस हालत में हम एक ही इन्वर्टर के साथ वेरिएबल इनपुट और वेरिएबल आउटपुट प्राप्त कर सकते हैं।