SimplePID регулятор

Пропорционально интегрально-дифференциальный регулятор (ПИД-регулятор) используется в управляющих контурах с обратной связью для автоматического поддержания некоторого параметра процесса на определенном уровне. ПИД-алгоритм настолько универсален, что его можно встретить примерно в 90% всех систем автоматического управления:

• Промышленность: регулирование температуры в печах, котлах, термостатах; поддержание уровня жидкости в резервуарах; управление скоростью конвейеров и двигателей; стабилизация давления и расхода.
• Транспорт: круиз-контроль в автомобилях (поддержание скорости), стабилизация полета дронов и самолетов, системы курсовой устойчивости.
• Электроника: регулировка скорости вентиляторов в компьютерах и источниках бесперебойного питания.
• Робототехника: удержание баланса (например, Segway), позиционирование манипуляторов.
• Бытовая техника: современные стиральные машины (регулирование скорости отжима), мультиварки, посудомоечные машины.

Принцип работы

Принцип действия ПИД-регулятора основан на формировании управляющего сигнала на основе суммы трех составляющих: пропорциональной, интегральной и дифференциальной. Для вычисления выходного сигнала алгоритм просто умножает каждую из них на соответствующий коэффициент усиления и суммирует все три слагаемых. Если коэффициент усиления равен нулю, то весь компонент становится равным нулю. Таким образом, ПИД-регулятор можно преобразовать в П-регулятор, ПИ-регулятор, ПД-регулятор и другие модификации.

Каждая составляющая ПИД-регулятора позволяет устранить определенный вид ошибок регулирования:

• Пропорциональная (П) — обеспечивает мгновенную реакцию на текущую ошибку регулирования. Коэффициент Kp определяет силу этой реакции.
• Интегральная (И) — устраняет статическую ошибку регулирования, накапливая информацию об ошибке во времени. Время интегрирования Tи (или коэффициент Kи = Kр/Tи) контролирует скорость устранения статической ошибки.
• Дифференциальная (Д) — реагирует на скорость изменения ошибки, обеспечивая упреждающее воздействие. Время дифференцирования Tд (или коэффициент Kд = Kp×Tд) улучшает динамические характеристики системы, но может усиливать высокочастотные помехи.

Преимущества

Универсальность применения делает ПИД-регулятор незаменимым инструментом автоматизации. Этот механизм способен эффективно управлять практически любыми процессами, где возможно достижение заданного параметра путем корректировки регулируемой величины.

К основным достоинствам данного типа управления относятся:

• Повышенная точность регулирования по сравнению с простыми релейными системами.
• Продление срока службы исполнительных механизмов благодаря плавному управлению.
• Энергоэффективность в эксплуатации.
• Доступная стоимость реализации за счет отсутствия необходимости в сложном оборудовании.
• Технологическая гибкость — возможность реализации на различных физических принципах (пневматика, гидравлика, аналоговые и цифровые системы).
• Отработанные десятилетиями методы настройки параметров регуляторов - П, И, Д компонентов, позволяющие достичь стабильного результата на длительный период.
• Оперативность корректировки настроек без остановки системы.
• Экономическая целесообразность по сравнению с более сложными системами управления.
• Эффективная компенсация неконтролируемых возмущений благодаря сочетанию пропорциональной и дифференциальной составляющих.
• Накопленный опыт практического применения, позволяющий успешно решать типовые проблемы.