Mi comprensión de la automatización
Algunas personas han investigado que hubo ejemplos de automatización en la antigüedad, pero el control automático en el sentido moderno comenzó con la máquina de vapor de Watt. Se dice que Newcomen inventó la máquina de vapor antes que Watt, pero el problema del control de velocidad de la máquina de vapor no se ha resuelto. De esta manera, la velocidad se disparará, la máquina se dañará y puede ocurrir un accidente grave. Watt instaló un pequeño palo en el eje de la máquina de vapor. Un extremo de la varilla está conectado a la válvula de liberación de vapor. Cuando se suelta la válvula de liberación de vapor, se cerrará y la velocidad aumentará. La válvula se abre cuando se presiona y la velocidad se reduce; el otro extremo del palo es un peso pequeño, y en algún lugar en el medio del palo está conectado al eje giratorio mediante un punto de apoyo. A medida que el eje gira, la palanca oscila debido a la fuerza centrífuga. Si la velocidad es demasiado alta, la palanca oscilará muy alto. Si presiona hacia abajo, la válvula de liberación de vapor se abrirá y la velocidad disminuirá. Si la velocidad es demasiado baja, la palanca no se moverá. válvula, se cerrará y la velocidad aumentará. De esta manera, la máquina de vapor puede mantener automáticamente una velocidad estable, lo que no sólo garantiza la seguridad sino que también es cómodo de usar. Precisamente por este pequeño regulador de velocidad, el nombre de Watt se asocia con la Revolución Industrial, y el nombre de Newcomen también aparecerá en los libros de historia.
Hay muchos ejemplos similares en sistemas mecánicos, y el sanitario necesario en casa es otro ejemplo. Después del lavado, el nivel del agua en el tanque de agua baja, el flotador baja con el nivel del agua y se abre la válvula de entrada de agua. A medida que aumenta el nivel del agua, la válvula de entrada de agua se cierra gradualmente hasta que el nivel del agua alcanza la altura especificada, la válvula de entrada de agua está completamente cerrada y el agua en el tanque de agua es suficiente para el siguiente uso. Este es un sistema de control de nivel de agua muy simple pero ingenioso, un diseño clásico, pero no es fácil de analizar usando la teoría de control clásica, pero esto no viene al caso.
Estos sistemas mecánicos están inteligentemente diseñados y funcionan de manera confiable, lo cual es realmente maravilloso. Pero en el funcionamiento real, sería demasiado agotador si se requiriera ese tipo de pensamiento creativo en todo momento. Es mejor tener un enfoque sistemático para resolver problemas de control automático "completo", que es el origen de la teoría del control.
Desde pequeños, los adultos nos han enseñado a mirar la carretera al caminar. ¿Por qué? No miré el camino para saber si me estaba desviando, así que terminé dando tumbos en esta dirección. ¿Qué pasa si miras el camino? Si haces un movimiento en falso, lo verás inmediatamente. Ajusta rápidamente tu ritmo y vuelve a la normalidad. Aquí está el primer concepto importante en el control automático: retroalimentación.
La retroalimentación es un proceso:
1. Establecer metas es la dirección en la que los niños pueden caminar con el ejemplo.
2. Estado de medición Cuando los niños miran la carretera, están midiendo su propia dirección.
3. Compare el estado medido con la meta establecida, compare la dirección del progreso visto con los ojos con la dirección del progreso en la mente y determine si la dirección del progreso es correcta, si no, cuál; ¿Está mal la diferencia?
4. Ajusta la acción y determina la cantidad de ajuste en tu mente en función de la desviación entre la dirección real y el objetivo establecido.
5. Ejecución real, es decir, movimiento real, de regreso a la dirección correcta.
Durante todo el proceso de caminar, este proceso de retroalimentación se inicia una y otra vez, para que el niño no se tambalee. Pero aquí está el problema: si todo sucede simultáneamente en una fracción de segundo, este proceso de retroalimentación no funciona. Para que la retroalimentación funcione, debe haber una cierta cantidad de tiempo de reacción. Afortunadamente, todo en el mundo tiene un proceso, y este proceso permite ganar el tiempo necesario para la retroalimentación.
El proceso de retroalimentación también se denomina proceso de circuito cerrado. Como hay bucles cerrados, también los hay abiertos. El bucle abierto es un proceso de control sin retroalimentación. Configure una función de control y luego ejecútela sin corrección basada en mediciones reales. El control de circuito abierto sólo es efectivo para procesos simples, como los controles de sincronización de lavadoras y secadoras. La forma de lavar y secar la ropa depende completamente de la configuración inicial.
Para problemas como lavadoras y secadoras, sería mejor dedicar un poco más de tiempo a la instalación. Es un poco derrochador, pero el efecto se puede garantizar. Para los acondicionadores de aire, no podemos simplemente establecer un ciclo de 10 minutos encendido y 5 minutos apagado independientemente de la temperatura ambiente, sino que debemos realizar un control de circuito cerrado basado en la temperatura real; de lo contrario, la temperatura interior alcanzará Dios sabe qué. Recuerdo que el reportaje era muy popular en los años 80. Xu Chi escribió la conjetura de Goldbach, por lo que personas de todo el país competían por convertirse en científicos. Los novelistas también se apresuraron a escribir sobre científicos, pero sus logros fueron demasiado escasos. Por eso no es de extrañar que alguien haya escrito también "seguimiento rápido sin comentarios". Yo estaba en la universidad en ese momento y estaba muy interesado en este nuevo descubrimiento científico. Lo vi de principio a fin y no entendí cómo acelerar sin comentarios. Ahora piénselo, la novela es una novela, pero este escritor sin escrúpulos es demasiado ridículo. No hubo retroalimentación, por lo que simplemente lo siguió sin mirar al objetivo ni a dónde se dirigía. ¿Cuáles son las huellas? Es casi como una máquina de movimiento perpetuo. ¿Por qué no elegir un tema mejor, fusión fría o algo así? Al menos en teoría, todavía es posible. Eso es una digresión.
Matemáticamente, los procesos dinámicos se describen mediante ecuaciones diferenciales. El proceso de retroalimentación consiste en establecer una correlación entre los términos de entrada y los términos de salida de la ecuación diferencial que describe el proceso dinámico, cambiando así el comportamiento del proceso. ecuación diferencial. naturaleza original. El control automático genera un escándalo por esta retroalimentación y este proceso dinámico.
El aire acondicionado de la habitación es una simple cuestión de control. Sin embargo, esto sólo se refiere a una sola habitación. La cuestión del aire acondicionado central en todas las habitaciones de todo el edificio de gran altura es en realidad una cuestión relativamente compleja y está fuera del alcance de la discusión aquí. La temperatura interior en verano se fija en 28 grados y la temperatura real es superior a 28 grados. El aire acondicionado comienza a enfriar, bajando la temperatura interior. Si la temperatura real es inferior a 28 grados, apague el aire acondicionado y la temperatura ambiente aumentará naturalmente debido a la temperatura ambiente. Mediante un control de interruptor tan simple, la temperatura interior debe controlarse a 28 grados. Sin embargo, hay un problema. Cuando la temperatura sea ligeramente superior a 28 grados, el aire acondicionado se pondrá en marcha. Si la temperatura es inferior a 28 grados, el aire acondicionado se apagará; luego, si el sensor de temperatura y el interruptor del aire acondicionado son lo suficientemente sensibles, la frecuencia de conmutación del aire acondicionado puede ser infinitamente alta y el aire acondicionado seguirá girando; encendido y apagado, lo cual no es bueno para la máquina. En la práctica tampoco es necesario. La solución es establecer una "zona muerta" que se encienda cuando la temperatura sea superior a 29 grados y se apague cuando la temperatura sea inferior a 27 grados. Tenga cuidado de no hacer esto al revés o la unidad de control se volverá loca.
Con la zona muerta, la temperatura interior ya no se puede controlar estrictamente en 28 grados, sino que "oscila" entre 27 y 29 grados. Si la temperatura ambiente permanece sin cambios y la capacidad de enfriamiento del aire acondicionado permanece sin cambios, y se conoce el modelo dinámico de calefacción/refrigeración interior, se puede calcular el período de "chapoteo" de la temperatura. Pero como estamos contando una historia, no nos preocuparemos por eso.
Este tipo de control por interruptor parece "rústico", pero en realidad tiene muchos beneficios. Para la mayoría de los procesos, la precisión del control del interruptor no es alta, pero puede garantizar la estabilidad. En otras palabras, la salida del sistema está "limitada", lo que significa que el valor medido real estará limitado a un cierto rango y no puede extenderse. infinitamente. Esta estabilidad es diferente de la llamada estabilidad asintótica enfatizada en la teoría de control general y se llama estabilidad BIBO. El primero requiere que la producción se fije en la tendencia final, y el segundo sólo requiere que la producción esté limitada bajo la acción de los insumos acotados. BIBO se refiere a entrada y salida limitadas.
Para procesos simples con bajos requisitos de precisión, este control por interruptor (o control por relé, porque los primeros métodos de control se implementaron mediante relés o interruptores electromagnéticos) es suficiente. Pero muchas veces este tipo de control de “estimación total” no cumple con los requisitos. El automóvil circula por la autopista con la velocidad configurada en el control de crucero. Si la velocidad baja unos kilómetros, me siento en desventaja, pero si sube unos kilómetros, la policía me pillará y me multará. ¿De quién es esto?
El control del interruptor es un control discontinuo. Al aumentar, el efecto de control es "dosis completa", y al disminuir, es "dosis completa". Si la capacidad de enfriamiento del aire acondicionado tiene tres configuraciones: pequeña, mediana y grande, y la elección de pequeña, mediana y grande se determina de acuerdo con la diferencia entre la temperatura ambiente y la configuración, entonces la precisión del control de la temperatura ambiente puede En otras palabras, el rango de "oscilación" de la temperatura se reducirá considerablemente.
Entonces, si el aire acondicionado tiene más configuraciones, desde pequeñas a medianas y grandes, ¿la precisión del control será mayor? Sí, en ese caso, ¿por qué no utilizar aires acondicionados infinitamente ajustables? ¿No sería posible controlar con mayor precisión la temperatura ambiente? Sí
Los aires acondicionados de ajuste continuo o continuo pueden controlar con precisión la temperatura, pero el control por interruptor ya no está disponible. En los acondicionadores de aire domésticos, el ajuste continuo no representa la mayoría, pero las duchas de agua caliente son un problema típico de control continuo, porque el grifo puede ajustar continuamente el flujo de agua. Al ducharte, deja el grifo de agua fría sin cambiar y abre solo el agua caliente. La temperatura es alta, así que baja el agua caliente. La temperatura es baja, abra el agua caliente. En otras palabras, la función de control debe cambiar en la dirección de reducir la desviación de control, lo que se denomina retroalimentación negativa. La dirección de control es correcta, pero hay un problema con el volumen de control. La temperatura es 1 grado más alta. ¿Cuánto se debe bajar el agua caliente?
La experiencia nos dice que según el grifo concreto y la presión del agua, la temperatura es de 1 grado, y es necesario bajar el agua caliente en una determinada cantidad, como por ejemplo un bar. En otras palabras, la cantidad de control es proporcional a la desviación de control. Esta es la ley de control proporcional clásica: cantidad de control = ganancia de control proporcional * desviación de control. La desviación de control es la diferencia entre el valor medido real y el valor establecido o el valor objetivo. Según la ley de control proporcional, la desviación se invierte y la cantidad de control también se invierte. Es decir, si se requiere que la temperatura del agua de la ducha sea de 40 grados, pero la temperatura real del agua es superior a 40 grados, el grifo de agua caliente cambiará a la dirección de cierre cuando la temperatura real del agua sea inferior a 40 grados; el grifo de agua caliente cambiará la dirección de apertura.
Sin embargo, la ley de control proporcional no garantiza que la temperatura del agua pueda alcanzar con precisión los 40 grados. En la vida real, la gente afina el grifo de agua caliente en este momento. Mientras la temperatura del agua no sea la adecuada, la ajustarán poco a poco hasta que la temperatura del agua sea la adecuada. Esta ley de control que se afina gradualmente siempre que la desviación de control no desaparezca se denomina ley de control integral en control, porque la cantidad de control es proporcional a la acumulación de desviaciones de control en el tiempo, y su factor proporcional se denomina integral. ganancia de control. El recíproco de la ganancia de control integral comúnmente utilizado en la industria se llama constante de tiempo integral. Su significado físico es el tiempo necesario para que la cantidad de control se duplique cuando la desviación permanece sin cambios. Cabe señalar que si la desviación de control es positiva o negativa depende de si el valor medido real es mayor o menor que el valor establecido, por lo que mientras el sistema de control sea estable, es decir, el valor medido real eventualmente se estabilizará. en el valor establecido, la desviación de control La acumulación no será infinita. Permítanme repetirlo aquí nuevamente, la función básica del control integral es eliminar el error residual de la desviación de control (también llamado error residual).
Las leyes de control proporcional e integral pueden manejar una gran clase de problemas de control, pero no dejan de tener margen de mejora. Si la temperatura del agua de la tubería de agua cambia rápidamente, la gente ajustará el grifo de agua caliente de acuerdo con el cambio de temperatura del agua: a medida que aumenta la temperatura del agua, el grifo de agua caliente cambia a la dirección de cierre. Cuanto más rápido sube la temperatura, más. se abre; cuando la temperatura del agua baja, el grifo de agua caliente cambia a la dirección de cierre. Cuanto más rápido baja la temperatura, más se apaga. Esta es la llamada ley de control diferencial, porque la cantidad de control es proporcional a la tasa de cambio del valor medido real, y su factor proporcional se llama ganancia de control proporcional, que también se llama constante de tiempo diferencial en la industria. La constante de tiempo diferencial no tiene un significado físico específico, pero la integral se llama constante de tiempo y también se llama diferencial. El foco del control diferencial no es el valor específico del valor medido real, sino su dirección y velocidad de cambio. El control diferencial tiene muchas ventajas en la teoría y la práctica, pero sus limitaciones también son obvias. Si la señal medida no es muy "limpia" y tiene un poco de "rebaba" o perturbación de vez en cuando, entonces el control diferencial se verá confundido por estos problemas y producirá muchas señales de control innecesarias o incluso incorrectas. Por tanto, es muy prudente utilizar un control diferencial en la industria.
La ley de control proporcional-integral-derivada es la ley de control más utilizada en la industria. Generalmente se le llama control PID según la abreviatura inglesa de proporción-integral-derivada. Incluso hoy en día, cuando se utilizan ampliamente leyes de control más avanzadas, diversas formas de control PID todavía representan más del 85% de todos los bucles de control.
En el control PID, la característica del control integral es que mientras exista un error residual (es decir, una desviación de control residual), el control integral aumentará gradualmente la función de control hasta que el error residual desaparezca. Por tanto, el efecto integrado es relativamente lento, salvo circunstancias especiales, como función de control básica, es lento pero no urgente.
Para las fábricas nuevas, el sistema aún no se ha puesto en funcionamiento, por lo que no se puede configurar en función de respuestas reales. Normalmente, primero se estiman los parámetros iniciales y los bucles de control se configuran uno por uno durante el funcionamiento del sistema. Mi propia experiencia es que para un ciclo de flujo general, la relación se establece alrededor de 0,5, la integral es aproximadamente 1 minuto y el diferencial es 0. Esta combinación no suele suponer un gran problema al principio. Los bucles de temperatura pueden comenzar en 2, 5 y 0,05, los bucles de nivel en 5, 10 y 0, y los bucles de presión de aire en 10, 20 y 0. Dado que se trata de estimaciones empíricas, por supuesto deben analizarse caso por caso y no pueden ser “una solución única para todos”.
Los derivados se utilizan generalmente en sistemas de respuesta lenta, pero siempre hay algunas excepciones. Una vez me encontré con un pequeño tanque de condensado que tenía sólo dos pies de diámetro y cinco pies de largo, pero tenía un caudal de 8 a 12 toneladas/hora. Cuando ocurre una falla, el nivel de líquido cambia muy rápidamente. No importa cómo ajuste la proporción y la integral, es difícil estabilizar el nivel del líquido. Normalmente, la válvula de control acaba de empezar a reaccionar y el nivel del líquido ha llegado al tope o al fondo. Finalmente se añade un diferencial de 0,05. Tan pronto como cambia el nivel del líquido, la válvula de control comienza a suprimir, pero se estabiliza. Esto es contrario a la forma habitual de parametrización, pero en este caso es la "única" opción, ya que el valor medido y la saturación de la válvula de control se convierten en los principales factores para la estabilidad.
Unas pocas palabras sobre la práctica industrial de utilizar integrales como función de control dominante. Académicamente, la estabilidad del control es básicamente estabilidad asintótica. Cuando no hay forma de probar la estabilidad asintótica, la estabilidad de Bibo es algo "subóptimo" y no es muy popular. La estabilidad en la industria tiene dos aspectos aparentemente similares pero esencialmente diferentes: uno es, por supuesto, estabilidad asintótica y el otro es estable, pero no necesariamente converge al valor establecido, o la estabilidad tiene prioridad sobre la convergencia. En concreto, es necesario estabilizar el sistema en un valor determinado y no alterarlo. Sin embargo, no es demasiado importante no establecer un valor, siempre que no sea demasiado escandaloso. Hay muchos ejemplos. Por ejemplo, la presión del reactor es un parámetro importante. Si el reactor es inestable, la proporción de alimentación de materias primas será desordenada, la alimentación de catalizador será inestable y la reacción será inestable. Pero no importa mucho si la presión del reactor es de 10 atmósferas o de 12 atmósferas, siempre y cuando se acerque lenta pero constantemente al valor establecido. Esta es una situación que rara vez se aborda en la teoría del control y también es una razón importante por la que el control integral de la dominancia se utiliza a menudo en la industria.
Como se mencionó anteriormente, la frecuencia del sistema es originalmente la frecuencia cuando el sistema responde a una oscilación continua. Sin embargo, hay tres tipos de personas en el campo de control: un tipo son los electricistas caracterizados por sistemas de energía electromecánicos. , incluida la aviación y los robots; una categoría son los ingenieros químicos caracterizados por procesos continuos, incluida la metalurgia y la fabricación de papel, y la otra categoría son las matemáticas aplicadas caracterizadas por la estabilidad de ecuaciones diferenciales. En la era de los vatios y los baños, luchar en sus respectivas colinas era pacífico y distante. Pero después de que el control ha pasado del arte a la teoría, siempre hay personas a las que les gusta la "unificación". Los electricistas ayudan a ocupar el primer lugar y meten buenas teorías de control en las frecuencias de los electricistas. Chicos, eso no es frecuencia, eso es... frecuencia compleja. Dado que esos electricistas pervertidos (oye, la patada de venado realmente está aquí) pueden crear crudamente electricidad falsa y crear crudamente frecuencias complejas, entonces olvídalo, pero simplemente dañaron a personas inocentes como nosotros y se vieron obligados a sufrir este tipo de tortura mental.
La razón es la estabilidad del sistema. Como se mencionó anteriormente, si los parámetros de PID no están bien configurados, el sistema puede ser inestable. Además de explorar, ¿hay alguna forma de calcular teóricamente los parámetros PID apropiados? Como se mencionó anteriormente, los procesos dinámicos se pueden describir mediante ecuaciones diferenciales. De hecho, en la etapa PID, esto es solo una rama muy estrecha de las ecuaciones diferenciales: ecuaciones diferenciales ordinarias lineales de una variable. Si todavía recuerdas las matemáticas avanzadas en tu primer año, debes recordar el método de descomposición diferencial ordinaria lineal. Además del método de separación de variables, si la variable independiente tiempo está representada por t, la solución más comúnmente utilizada es sustituir exp(λt) en la ecuación diferencial, y luego la solución se convierte en la ecuación característica de la ecuación algebraica λ. Si la solución puede ser un número real o un número complejo, entonces use funciones trigonométricas para expandirla (de todos modos, la pesadilla del primer año parece que no la he encontrado en absoluto). Mientras las raíces reales sean negativas, la ecuación diferencial es estable, porque los términos exponenciales negativos eventualmente convergen a cero, y no importa cuántas raíces complejas haya y no tiene ningún efecto sobre la estabilidad.
Sin embargo, todavía no es fácil resolver y analizar este problema. Todavía va más allá del alcance del "análisis concreto de situaciones específicas" y es difícil sacar conclusiones generales.
Root Locus sigue siendo educado, y también hay métodos más pervertidos de Nyquist, Bird y Nichols, que son muy imaginativos. Todo es causado por esos electricistas. Hoy en día, cuando el análisis por computadora se ha vuelto muy popular, el análisis gráfico clásico todavía tiene un encanto duradero, porque el análisis gráfico no solo le dice si el sistema es estable o inestable y otros parámetros de respuesta dinámica, sino que también le dice cualitativamente los cambios de ganancia e incluso los cambios. causado por cambios en los parámetros del sistema en el rendimiento del circuito cerrado. Oye, ¿no estabas hablando sólo de un pervertido? Bueno, los pervertidos tienen encantos pervertidos, ¿no? Ja ja.
La teoría de control caracterizada por el análisis de frecuencia (también llamado análisis en el dominio de la frecuencia) se denomina teoría de control clásica. La teoría de control clásica puede analizar la estabilidad del sistema, pero existen dos requisitos previos: primero, se debe conocer el modelo matemático del objeto controlado, lo cual no es fácil de obtener en la práctica; segundo, el modelo matemático del objeto controlado no lo será; cambio o deriva. Esto es difícil de hacer en la práctica. Se pueden establecer ecuaciones diferenciales para procesos simples, pero el control de procesos simples no es problemático y el ajuste de parámetros del método empírico no es tan problemático. Pero para los bucles que realmente requieren cálculos teóricos, es demasiado difícil construir un modelo, o la incertidumbre del modelo en sí es alta, lo que hace que el análisis teórico carezca de sentido. La teoría de control clásica se ha aplicado con éxito en los campos de la maquinaria, la aeronáutica y las máquinas eléctricas. Después de todo, a partir de F = ma, se pueden establecer los modelos dinámicos de todos los sistemas mecánicos, el peso del trozo de hierro no cambiará inexplicablemente y se pueden medir los principales parámetros ambientales. Sin embargo, las aplicaciones exitosas de la teoría de control clásica al control químico son al menos raras. Le daré una torre de destilación de 50 placas, una alimentación en fase gaseosa y una alimentación en fase líquida. Hay descargas de salida laterales en la parte superior e inferior de la torre, y se agregan rehervidores intermedios al condensador enfriado por aire en la parte superior de la torre y al rehervidor en la parte inferior de la torre, que se pueden modelar lentamente. Cuando se establece el modelo, el condensador enfriado por aire se ve afectado por el viento, las heladas, la lluvia y la nieve, la presión del vapor de alta presión en el hervidor se ve afectada por el dispositivo amigable, la temperatura y la saturación de la alimentación de la fase gaseosa cambian por el dispositivo aguas arriba, y los componentes de mezcla de la alimentación en fase líquida son cambiados por el dispositivo aguas arriba, pero los componentes no se pueden cambiar.
El viejo Goethe decía hace 200 años que la teoría es gris pero el árbol de la vida es siempre verde. Sabemos que los ciervos prefieren el oro o la plata, o al menos el rojo, pero tuvimos que conformarnos con el verde. En la práctica, PID tiene muchos primos, lo que ayuda a los primos mayores a conquistar el mundo juntos.
La característica del control proporcional es que cuanto mayor es la desviación, mayor es el efecto de control. Sin embargo, en la práctica esto a veces no es suficiente. La desviación es grande y la ganancia proporcional también lo es. Fortalezca aún más la corrección de grandes desviaciones y devuelva el sistema al valor establecido lo antes posible. Cuando la desviación es pequeña, por supuesto, no hay necesidad de apresurarse, simplemente tómese su tiempo para que la ganancia sea pequeña y se mejore la estabilidad. De aquí proviene el PID de doble ganancia (también llamado PID de modo dual). Es correcto cuando lo piensas. Apuntar a aviones enemigos con cañones antiaéreos era un problema de control. Si el cañón todavía apunta en dirección opuesta al objetivo, primero gírelo hacia el ángulo del objetivo lo más rápido posible y con fuerza. Pero el cañón del arma apunta muy cerca del objetivo, así que apunta lenta y cuidadosamente. Hay muchos problemas similares en la industria. Un caso especial de PID PID de doble ganancia (PID con zona muerta, la ganancia es cero cuando la desviación es pequeña, es decir, cuando el valor medido no es muy diferente del valor establecido, se deja solo sin control. Esto es ampliamente utilizado en el almacenamiento de líquidos de grandes recipientes de amortiguación. Control de nivel Originalmente, el recipiente de amortiguación se utiliza para amortiguar los cambios de flujo, por lo que no importa dónde se controle el nivel del líquido, siempre que no sea demasiado alto ni demasiado bajo. Sin embargo, el flujo desde el recipiente intermedio al dispositivo aguas abajo debe ser lo más estable posible; de lo contrario, los dispositivos aguas abajo estarán sujetos a interferencias innecesarias. El PID de banda muerta es el mejor para este tipo de problema de control. La premisa del PID de banda muerta es que el nivel de líquido se estabilizará "automáticamente" en la banda muerta si ésta no se configura correctamente. A menudo sujeto a grandes perturbaciones, el estado "fuera de control" dentro de la zona muerta hará que el nivel de líquido "avance". "hasta el límite de la zona muerta sin límite. Finalmente, cuando ingresa a la zona "controlada", el control será sobrecontrolado y el nivel del líquido será sobrecontrolado. "Ve" en la dirección opuesta sin límite. El resultado final ¿Es que el nivel del líquido siempre oscilará en ambos extremos de la zona muerta, pero nunca se estabilizará? El PID de doble ganancia tiene el mismo problema, pero es mejor que el PID de zona muerta.
Después de todo, sólo existe la diferencia entre "control fuerte" y "control débil", no existe una "zona libre de control". En el funcionamiento real, si la diferencia entre las ganancias internas y externas de la ganancia dual es inferior a 2:1, no tiene mucho sentido. Si es superior a 5:1, se debe prestar atención al problema de la oscilación continua. u oscilación mencionada anteriormente.
El problema con el PID de doble ganancia o zona muerta es que los cambios de ganancia son discontinuos y la acción de control muta en el límite de la zona muerta, lo que puede inducir fácilmente reacciones adversas en el sistema. PID no tiene este problema. Una vez que el error se eleva al cuadrado, la curva entre la cantidad de control y el error se convierte en una parábola, y se logra el efecto de "pequeña desviación, pequeña ganancia, gran desviación, gran ganancia", y no hay un cambio repentino y discontinuo de ganancia. Sin embargo, hay dos problemas con el cuadrado de error: uno es que cuando el error es cercano a cero, la ganancia también es cercana a cero, volviendo al problema PID de la zona muerta y el otro es que es difícil controlar la forma específica; de la parábola, o es difícil determinar dónde gira la ganancia. Para el primer problema, se puede agregar un PID lineal básico al PID de error al cuadrado, que es error cero o ganancia distinta de cero. Para el último problema, se necesita otro módulo para calcular la ganancia que cambia continuamente; Los detalles son triviales. La desviación se introduce en la unidad de cálculo de linealización por partes (es decir, polilínea) y luego el resultado del cálculo se envía al controlador PID como una ganancia proporcional. Los segmentos horizontales de la polilínea deben tener diferentes ganancias, y las líneas diagonales que conectan diferentes segmentos horizontales corresponden a cambios continuos en la ganancia. La curva de ganancia variable se puede ajustar a voluntad estableciendo los vértices de los segmentos horizontales y diagonales. Si es más "ambicioso" y agrega algunas unidades informáticas más, puede lograr una ganancia asimétrica, es decir, la ganancia es baja cuando la temperatura aumenta y la ganancia es alta cuando la temperatura baja, para solucionar el problema común de la rápida Calentamiento y enfriamiento lento durante el proceso de calentamiento.
Doble ganancia o error al cuadrado es un artículo sobre ganancia proporcional, la misma actividad se puede utilizar en integración y diferenciación. Una ley PID más extrema se llama PID de separación integral. La idea es: el control proporcional tiene buena estabilidad y respuesta rápida, por lo que cuando la desviación es grande, la integral en PID se desactiva cuando la desviación es pequeña, ajustándola y eliminándola. Los residuos son el principal problema, por lo que la función proporcional se debilita o incluso se desactiva, mientras que la función integral interfiere en el control. El concepto es bueno, pero cuando se implementa, surgen muchos problemas con la transferencia discreta.
Estos PID anormales dificultan el análisis de la estabilidad del sistema en teoría, pero en la práctica resuelven muchos problemas. Sinceramente, estos PID ya se utilizan en la práctica.
PID de estructura compleja
Durante la batalla, si el enemigo es demasiado terco, puedes usar un arma más grande para derribar al enemigo o adoptar tácticas más inteligentes para dejarlo inconsciente. . Lo mismo ocurre con los controles. Los problemas que son difíciles de resolver con PID de bucle único a menudo pueden resolverse con estructuras de bucle más inteligentes.
Un único bucle PID ciertamente puede suprimir las perturbaciones, pero si la perturbación principal está en el bucle y es clara, entonces añadir un bucle interno como auxiliar es una muy buena idea. ¿Recuerdas el ejemplo del baño caliente? Si la presión del agua caliente es inestable, es problemático ajustar siempre el grifo de agua caliente para ello. Si hay una persona responsable de ajustar el flujo de agua caliente de acuerdo con la presión del agua caliente y estabilizar la presión del agua caliente en el valor calibrado, entonces la temperatura del agua será mucho más fácil de controlar al bañarse. Simplemente dígale a esa persona cuánto flujo de agua caliente se necesita ahora, sin preocuparse por el impacto de la presión del agua caliente en el flujo de agua caliente. El circuito de control responsable del flujo de agua caliente es el circuito interior, también conocido como circuito secundario, mientras que la temperatura de la bañera es el circuito exterior, también conocido como circuito primario. Por supuesto, el bucle primario dirige el bucle secundario, al igual que el comando automático y la mecanización, y las personas que aprenden autocontrol dirigen a los que aprenden electromecánica... Deja de causar problemas, si sigues adelante, un ciervo te pateará, un caballo, o una vaca, coceada por un burro. Esta estructura de un bucle principal con un bucle secundario se llama control en cascada. Alguna vez fue el primer "control de proceso avanzado" en la industria después del PID de bucle único. Hoy en día, la cascada se ha utilizado mucho y ya nadie la llama "control avanzado de procesos". La función principal del control en cascada es suprimir las perturbaciones en el circuito y mejorar el rendimiento general del control. Pero la cascada no se puede utilizar al azar. Si las velocidades correspondientes del circuito principal y del circuito auxiliar son similares, o la velocidad correspondiente del circuito principal es incluso más lenta que la del circuito auxiliar (lo que se puede lograr mediante una depuración anormal), dicha cascada causará problemas. En teoría es posible utilizar ** el análisis de frecuencia de vibración, pero no te preocupes.
Si lo piensas de rodillas, sabrás que si un jefe impaciente ordena a un subordinado que está tan ansioso que se traga la saliva, el resultado sólo puede ser que todos estén exhaustos y las cosas se estropeen. Por el contrario, si un jefe tranquilo ordena a un subordinado rápido, definitivamente le irá bien.