PID కంట్రోలర్‌ను అర్థం చేసుకోవడం

పిఐడి నియంత్రణ సిద్ధాంతం యొక్క మొదటి విజయవంతమైన అంచనా 1920 నాటికి తిరిగి ఓడల కోసం ఆటోమేటిక్ స్టీరింగ్ సిస్టమ్స్ రంగంలో ధృవీకరించబడింది. దీని తరువాత ఇది వివిధ పారిశ్రామిక ఆటోమేటిక్ ప్రాసెస్ నియంత్రణలలో ఆప్టిమైజ్ మరియు ఖచ్చితమైన ఉత్పాదక ఉత్పాదక లక్షణాలు అవసరం. ఉత్పాదక యూనిట్ల కోసం PID ఖచ్చితమైన వాయు నియంత్రణను సాధించడానికి ప్రాచుర్యం పొందింది మరియు చివరికి PID సిద్ధాంతం ఆధునిక కాలంలో ఎలక్ట్రానిక్ కంట్రోలర్లలో వర్తించబడింది.

పిఐడి కంట్రోలర్ అంటే ఏమిటి

PID అనే పదం అనుపాత సమగ్ర డెరివేటివ్ కంట్రోలర్ యొక్క ఎక్రోనిం, ఇది ఫీడ్‌బ్యాక్ లూప్ మెకానిజం, ఇది వివిధ పారిశ్రామిక నియంత్రణ యంత్రాలను ఖచ్చితంగా నియంత్రించడానికి రూపొందించబడింది మరియు క్లిష్టమైన మరియు స్వయంచాలక మాడ్యులేషన్ నియంత్రణలు అవసరమయ్యే అనేక ఇతర అనువర్తనాలు.

దీన్ని అమలు చేయడానికి, PID కంట్రోలర్ సిస్టమ్ ఆపరేషన్‌ను నిరంతరం పర్యవేక్షిస్తుంది మరియు ప్రేరేపిత లోపం మూలకాన్ని లెక్కిస్తుంది. ఇది అవసరమైన సెట్-పాయింట్ (SP) మరియు కొలిచిన ప్రాసెస్ వేరియబుల్ (PV) మధ్య వ్యత్యాసం రూపంలో ఈ తక్షణ దోష విలువను అంచనా వేస్తుంది.

పై సూచనలతో, అనుపాత (పి), సమగ్ర (I) మరియు ఉత్పన్న (డి) వ్యక్తీకరణల పరంగా తక్షణ మరియు స్వయంచాలక అభిప్రాయ దిద్దుబాటు అమలు చేయబడుతుంది మరియు అందువల్ల పిఐడి కంట్రోలర్ అని పేరు.

సరళమైన మాటలలో, PID కంట్రోలర్ ఇచ్చిన యంత్ర వ్యవస్థ యొక్క పనిని నిరంతరం పర్యవేక్షిస్తుంది మరియు పేర్కొన్న అల్గోరిథం ద్వారా బాహ్య ప్రభావాల వలన కలిగే వైవిధ్యాలను బట్టి దాని అవుట్పుట్ ప్రతిస్పందనను సరిదిద్దుతుంది. అందువల్ల యంత్రం ఎల్లప్పుడూ నిర్ణీత ఆదర్శ పరిస్థితులలో పనిచేస్తుందని ఇది నిర్ధారిస్తుంది.

PID బ్లాక్ రేఖాచిత్రాన్ని అర్థం చేసుకోవడం

3 నియంత్రణ పారామితులను గుర్తించి, నిర్వహించగల సామర్థ్యం కారణంగా PID కంట్రోలర్ ఒక బహుముఖ నియంత్రణ వ్యవస్థగా పరిగణించబడుతుంది: దామాషా, సమగ్ర మరియు ఉత్పన్నం, మరియు ఈ 3 పారామితులను సూచిస్తూ, తీవ్రతతో ఖచ్చితత్వంతో అవుట్‌పుట్‌పై ఉద్దేశించిన సరైన నియంత్రణను వర్తింపజేస్తుంది.

క్రింద ఉన్న చిత్రం PID యొక్క బ్లాక్ రేఖాచిత్రాన్ని చూపిస్తుంది. ఈ బ్లాక్ రేఖాచిత్రాన్ని సూచించడం ద్వారా PID యొక్క పని యొక్క ప్రాథమిక సూత్రాన్ని మేము త్వరగా అర్థం చేసుకోవచ్చు.

చిత్ర సౌజన్యం: en.wikipedia.org/wiki/File:PID_en.svg

ఇక్కడ మనం లోపం విలువకు అనుగుణమైన e (t), లక్ష్య సెట్ పాయింట్‌కు అనుగుణమైన r (t) మరియు y (t) వంటి వేరియబుల్స్ సమితిని కొలవగల ప్రాసెస్ వేరియబుల్‌గా చూడగలుగుతాము. దాని ఆపరేషన్ అంతటా PID కంట్రోలర్ ఉద్దేశించిన సెట్ పాయింట్ r (t) లేదా SP మరియు కొలిచిన ప్రాసెస్ విలువ y (t) లేదా PV ల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని అంచనా వేయడం ద్వారా లోపం విలువ e (t) ను పర్యవేక్షిస్తుంది మరియు తత్ఫలితంగా పారామితులను ఉపయోగించి చూడు దిద్దుబాటు లేదా ఆప్టిమైజేషన్‌ను అమలు చేస్తుంది. అవి: దామాషా, సమగ్ర మరియు ఉత్పన్నం.

కంట్రోల్ నిబంధనల (p, I, d) యొక్క విశ్లేషించబడిన బరువు మొత్తం ఆధారంగా కంట్రోల్ వేరియబుల్ u (t) ను తాజా విలువలకు సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా కంట్రోలర్ అంతటా లోపం ప్రభావాన్ని తగ్గించే ప్రయత్నం చేస్తూనే ఉంది.

ఉదాహరణకు, వాల్వ్ నియంత్రణ యొక్క ఆపరేషన్లో, పైన వివరించిన విధంగా, దాని ప్రారంభ మరియు మూసివేత సంక్లిష్ట మదింపుల ద్వారా PID చేత నిరంతరం మారుతూ ఉంటుంది.

చూపిన వ్యవస్థలో క్రింద వివరించిన విధంగా వివిధ పదాలను అర్థం చేసుకోవచ్చు:

పి- కంట్రోలర్:

P అనే పదం SP - PV కోసం ఫలితాన్ని అంచనా వేయడం ద్వారా పొందిన తక్షణ దోష విలువలకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. లోపం విలువ పెద్దదిగా ఉన్న పరిస్థితిలో, నియంత్రణ కారకం “K” అనే లాభ కారకానికి సంబంధించి దామాషా ప్రకారం పెద్దదిగా ఉంటుంది. అయితే ఉష్ణోగ్రత నియంత్రణ వంటి పరిహారం అవసరమయ్యే ప్రక్రియలో, దామాషా నియంత్రణ ఏకాంతంగా సెట్ పాయింట్ మరియు అసలైన ప్రాసెస్ విలువ అంతటా దోషాలకు దారితీయవచ్చు, ఎందుకంటే దామాషా ప్రతిస్పందనను ఉత్పత్తి చేయడానికి లోపం చూడు లేకుండా ఇది సంతృప్తికరంగా పనిచేయదు. లోపం చూడు లేకుండా, సరైన దిద్దుబాటు ప్రతిస్పందన సాధ్యం కాదని సూచిస్తుంది.

I- కంట్రోలర్:

SP - PV లోపాల యొక్క ఇంతకుముందు అంచనా వేసిన విలువలకు నేను బాధ్యత వహిస్తాను మరియు I అనే పదాన్ని సృష్టించడానికి దాని కార్యాచరణ కాలంలో వాటిని అనుసంధానిస్తుంది. ఉదాహరణకు, SP - PV కొంత లోపాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తే అనుపాత నియంత్రణ వర్తించబడుతుంది, పారామితి I చురుకుగా ఉంటుంది మరియు ఈ అవశేష లోపాన్ని ముగించడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. మునుపటి సమయంలో నమోదు చేయబడిన లోపం యొక్క సంచిత విలువ కారణంగా ప్రేరేపించబడిన నియంత్రణ ప్రతిస్పందనతో ఇది జరుగుతుంది. ఇది జరిగిన వెంటనే I పదం మరింత మెరుగుపరచడం ఆపివేస్తుంది. దోష కారకం క్షీణించినందున ఇది అనుపాత ప్రభావాన్ని తదనుగుణంగా తగ్గిస్తుంది, అయినప్పటికీ సమగ్ర ప్రభావం అభివృద్ధి చెందుతున్నప్పుడు ఇది కూడా పరిహారం పొందుతుంది.

డి- కంట్రోలర్:

D అనే పదం ఎస్పీ - పివి లోపం కోసం అభివృద్ధి చెందుతున్న ధోరణులకు తీసివేయబడుతుంది, ఇది లోపం కారకం యొక్క మార్పు యొక్క తక్షణ రేటును బట్టి ఉంటుంది. ఈ మార్పు రేటు వేగంగా పెరిగితే, చూడు నియంత్రణ మరింత దూకుడుగా అమలు చేస్తుంది మరియు దీనికి విరుద్ధంగా ఉంటుంది.

పిఐడి ట్యూనింగ్ అంటే ఏమిటి

పైన చర్చించిన పారామితులకు సరైన నియంత్రణ పనితీరును నిర్ధారించడానికి సరైన బ్యాలెన్సింగ్ అవసరం కావచ్చు మరియు ఇది “లూప్ ట్యూనింగ్” అనే ప్రక్రియ ద్వారా సాధించబడుతుంది. పాల్గొన్న ట్యూనింగ్ స్థిరాంకాలు క్రింది తగ్గింపులలో చూపిన విధంగా “K” గా సూచించబడతాయి. లూప్‌లో పాల్గొన్న నిర్దిష్ట బాహ్య పారామితుల యొక్క లక్షణాలు మరియు ప్రభావాల ప్రకారం స్థిరాంకాలు ఖచ్చితంగా ఆధారపడి ఉంటాయి మరియు మారుతూ ఉంటాయి కాబట్టి, ఈ స్థిరాంకాలు ప్రతి ఒక్కటి ఎంచుకున్న అనువర్తనం కోసం వ్యక్తిగతంగా పొందాలి. ఇచ్చిన పరామితిని కొలిచేందుకు ఉపయోగించే సెన్సార్ల ప్రతిస్పందన, కంట్రోల్ వాల్వ్ వంటి తుది థ్రోట్లింగ్ ఎలిమెంట్, లూప్ సిగ్నల్‌లో సమయం గడిచిపోవడం మరియు ప్రక్రియ కూడా వీటిలో ఉండవచ్చు.

అప్లికేషన్ రకం ఆధారంగా అమలు ప్రారంభంలో స్థిరాంకాల కోసం సుమారుగా విలువలను ఉపయోగించడం ఆమోదయోగ్యమైనది, అయితే దీనికి చివరికి కొన్ని తీవ్రమైన జరిమానా ట్యూనింగ్ మరియు ఆచరణాత్మక ప్రయోగాల ద్వారా ట్వీకింగ్ అవసరం కావచ్చు, సెట్ పాయింట్లలో మార్పులను బలవంతం చేయడం ద్వారా మరియు తరువాత ప్రతిస్పందనను గమనించడం ద్వారా సిస్టమ్ నియంత్రణ.

గణిత నమూనా అయినా లేదా ప్రాక్టికల్ లూప్‌లో అయినా, రెండూ పేర్కొన్న నిబంధనల కోసం “ప్రత్యక్ష” నియంత్రణ చర్యను ఉపయోగించడాన్ని చూడవచ్చు. సానుకూల లోపం యొక్క పెరుగుదల కనుగొనబడినప్పుడు అర్థం, సంక్షిప్త ప్రమేయం ఉన్న పదాల కోసం పరిస్థితిని నియంత్రించడానికి తదనుగుణంగా పెరిగిన సానుకూల నియంత్రణ ప్రారంభించబడుతుంది.

ఏది ఏమయినప్పటికీ, రివర్స్ దిద్దుబాటు కొలత అవసరమయ్యే అవుట్పుట్ పరామితి విరుద్ధంగా కాన్ఫిగర్ చేయబడిన లక్షణాన్ని కలిగి ఉన్న అనువర్తనాల్లో ఇది తిరగబడాలి. వాల్వ్ ఓపెనింగ్ ప్రాసెస్ 100% మరియు 0% అవుట్పుట్ ఉపయోగించి పనిచేయడానికి పేర్కొనబడిన ఫ్లో లూప్ యొక్క ఉదాహరణను పరిశీలిద్దాం, అయితే సంబంధిత 0% మరియు 100% అవుట్పుట్తో నియంత్రించాల్సిన అవసరం ఉంది, ఈ సందర్భంలో రివర్స్ దిద్దుబాటు నియంత్రణ అవసరం అవుతుంది. మరింత ఖచ్చితంగా చెప్పాలంటే, రక్షణ లక్షణాన్ని కలిగి ఉన్న నీటి శీతలీకరణ వ్యవస్థను పరిగణించండి, దీనిలో సిగ్నల్ నష్టం సమయంలో దాని వాల్వ్ 100% తెరిచి ఉండాలి. ఈ సందర్భంలో కంట్రోలర్ అవుట్పుట్ సిగ్నల్ లేనప్పుడు 0% నియంత్రణకు మార్చగలగాలి, తద్వారా వాల్వ్ పూర్తి 100% వద్ద తెరవగలదు, దీనిని 'రివర్స్ యాక్టింగ్' కంట్రోల్ అంటారు.

కంట్రోల్ ఫంక్షన్ యొక్క గణిత నమూనా

ఈ గణిత నమూనాలో, ప్రతికూల-కాని స్థిరాంకాలు Kp, Ki మరియు Kd వరుసగా అనుపాత, సమగ్ర మరియు ఉత్పన్న పదాలకు గుణకాలను సూచిస్తాయి (కొన్ని సందర్భాల్లో వీటిని P, I మరియు D అని కూడా సూచిస్తారు).

PID నియంత్రణ నిబంధనలను అనుకూలీకరించడం

పై చర్చల నుండి ప్రాథమికంగా PID నియంత్రణ వ్యవస్థ మూడు నియంత్రణ పారామితులతో పనిచేస్తుందని మేము అర్థం చేసుకున్నాము, అయితే కొన్ని చిన్న అనువర్తనాలు ఈ నిబంధనలలో కొన్నింటిని లేదా మూడు పదాలలో ఒకే పదాన్ని ఉపయోగించటానికి ఇష్టపడవచ్చు.

ఉపయోగించని పదాన్ని సున్నా సెట్టింగ్‌కు రెండర్ చేయడం ద్వారా మరియు PI, PD లేదా P లేదా I వంటి ఒకే పదాలను చేర్చడం ద్వారా అనుకూలీకరణ జరుగుతుంది. వీటిలో, D అనే పదం సాధారణంగా శబ్దం వచ్చే అవకాశం ఉన్నందున PI కంట్రోలర్ కాన్ఫిగరేషన్ సర్వసాధారణం. ఖచ్చితంగా తప్పనిసరి తప్ప, చాలా సందర్భాలలో ప్రభావితం చేస్తుంది. టర్మ్ I సాధారణంగా చేర్చబడుతుంది ఎందుకంటే ఇది అవుట్పుట్ వద్ద ఉద్దేశించిన సరైన లక్ష్య విలువను సాధించడానికి సిస్టమ్ను నిర్ధారిస్తుంది.