تا اینجا با خواص و ساختار سه عنصر سازنده این کنترلر آشنا شدیم.
حال باید بدانیم این عناصر را با چه ترکیبی کنار هم بچینینم تا دقیقا رفتاری که مد نظر ما است در خروجی ظاهر شود.
سوال: تعداد حالت های ممکن طراحی یک کنترلر از خانواده PID چند تاست؟
پاسخ: 6 نوع
سوال: از کجا بدانیم برای چه کاری کدام یک از این 6 حالت را انتخاب کنیم؟
پاسخ: این 6 حالت روی کاغذ ممکن هستند و در عمل برخی از حالات اصلا استفاده نمیشود.
حالات غیر معمول کدام اند:
از کنترلر I و D معمولا به تنهایی استفاده نمیشود.(چرا؟)
حالت دیگری هم هست که از ترکیب P و D حاصل میشود: PD. این نوع نیز به ندرت استفاده میشود و در کاربردهای معمول استفاده ای ندارد.
در نهایت با سه حالت روبرو هستیم: P و PI و PID
با کنترلر P قبلا آشنا شدیم:
از طرفی بلاک های سازنده PID و خصوصیات هر کدام را می شناسیم. سه بلاک P ، I و D
پاسخ کنترلر PI را مشاهده کنید:
در نهایت پاسخ کنترلر PD را مشاهده کنید (DER_N<8):
تنها در صورتی از یکی از سه حالت قبل استفاده میکنیم که نقاط ضعف یکی از این بلاک ها سیستم را به ناپایداری نزدیک نکند. یعنی در واقع با ترکیب این ها قصد داریم کاری کنیم که نقاط ضعف هرکدام را پوشش دهیم و در کل ساختار یک کنترلر مناسب برای کاربرد مدنظرمان بدست بیاریم.
جهت ساخت یک PID از سه عنصر سازنده آن چندین توپولوژی وجود دارد : موازی ، انتگرال گیر در مسیر خطا ، مشتق گیر در مسیر خروجی و PID با اثر متقابل.
4 نوع ترکیب متفاوت که باز هرکدام از آن ها معایب و مزایایی دارند. در گذشته به خاطر محدودیت در ساخت مدارات (نیوماتیکی یا الکترونیکی) از ساختار موازی استفاده نمی شد. اما امروزه با توسعه پردازنده های دیجیتال این امکان به سادگی فراهم شدهد است. PID های INTELART از ساختار موازی برای ترکیب اجزای سه گانه بهره می برند.
ترکیب موازی:
در این توپولوژی تمام سیگنال های خروجی از هر کدام از بلاک ها با جمع میشوند و یک سیگنال کنترلی تولید میکنند. این سیگنال همان است که باید به محرک ارسال شود.(محرک چیست؟ در پستای قبل توضیح داده شده است )
یک شماتیک از ترکیب موازی مشاهده کنید:
سیگنال خطا که تولید شد وارد کنترلر میشود. به یک میزان به هر سه عنصر سازنده وارد شده و در نهایت خروجی هر سه عنصر با هم جمع میشوند.
با استفاده از P_SEL ، I_SEL ، ِD_SEL می توانید هر کدام از این اجزا را وارد مدار کنترل کنید.
پس الان میتوانیم یک معادله برای PID موازی بنویسیم:
به معادله بالا دقت کنید:
چهار ضریب داریم : Kp و Ti و Td و DER_N
این چهارتا را به عنوان وزنه هایی در نظر بگیرید که میتوانند تعیین کنند که هر کدام از قسمت های P و I و D چقدر میتوانند تاثیر گذار باشند و تعیین کنند که خصوصیت کلی PID به سمت کدام بلاک نزدیک تر باشد.
مثلا فرض کنید که ضریب Ti=1 و Kp=2 و Td=0.1
اگه این کنترلر رو به یک سیستم وصل کنیم و بخوایم کنترلرش کنیم خروجی سیستم بسیار شبیه به حالتی خواهد بود که از یک کنترلر I استفاده کنیم. یعنی یک خروجی نوسانی و حتی در حالت تئوری احتمالا ناپایدار!
پس اینکه هر بلاک با چه وزنی کار کند اهمیت بسیاری دارد.
برای بدست آوردن وزن ها یا ضرایب مناسب PID میتوان از روش های Offline (که معمولا به داشتن پاسخ پله سیستم نیاز دارند) به نام زیگلر-نیکولز (اسم دو دانشمند) ، انتگرال مربع خطا ، انتگرال قدر مطلق خطا ، انتگرال قدر مطلق خطا همراه با تاثیر زمانی ، انتگرال مربع خطا همراه با تاثیر زمانی ، استفاده از نرم افزار DIGEST ، استفاده از نرم افزار MATLAB و سایر ابزارهای دیگر استفاده کرد.
منبع تصاویر: سیستم منوال PLCهای INTELART
برای اطلاعات بیشتر به راهنمای کاربری PLC های INTELART مراجعه بفرمایید