ΕΛΕΓΚΤΕΣ PID. Ελεγκτής τριών όρων Η συνάρτηση μεταφοράς του PID ελεγκτή είναι η ακόλουθη:



Σχετικά έγγραφα
5o Εργαστήριο Σ.Α.Ε Ενότητα : Ελεγκτές PID

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Controllers - Eλεγκτές

Έλεγχος (PID-Control)

Έλεγχος Κίνησης

Ψηφιακός Έλεγχος. 10 η διάλεξη Ασκήσεις. Ψηφιακός Έλεγχος 1

Ολοκληρωμένος Βιομηχανικός Έλεγχος

Ο ελεγκτής PID χοντρικά...

Ψηφιακός Έλεγχος. 6 η διάλεξη Σχεδίαση στο χώρο κατάστασης. Ψηφιακός Έλεγχος 1

(είσοδος) (έξοδος) καθώς το τείνει στο.

5. (Λειτουργικά) Δομικά Διαγράμματα

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου εαρινού εξαμήνου (Ιούνιος 2015)

NETCOM S.A. ΨΗΦΙΑΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΛΜΟΜΕΤΑΤΡΟΠΕΩΝ DIGITAL CONTROL OF SWITCHING POWER CONVERTERS

ΧΡΟΝΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙ ΤΩΝ ΠΟΛΩΝ ΤΗΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΕΞΟΔΟΥ Y(s) ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΝΩΡΙΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΧΡΟΝΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΣΕ ΕΙΣΟΔΟ ΜΟΝΑΔΙΑΙΑΣ ΒΑΘΜΙΔΑΣ

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου

ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΑΖΑΣ-ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ-ΑΠΟΣΒΕΣΤΗΡΑ

Είδη Διορθωτών: Υπάρχουν πολλών ειδών διορθωτές. Μία βασική ταξινόμησή τους είναι οι «Ειδικοί Διορθωτές» και οι «Κλασσικοί Διορθωτές».

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Η Βασική Δομή Συστημάτων Ελέγχου Κίνησης

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου χειμερινού εξαμήνου (Ιούνιος 2014)

Άσκηση 3. Ποιοτική Μελέτη των νόμων ελέγχου δύο και τριών όρων (συσκευή: Προσομοιωτής ελέγχου PCS327: Σχ.1) Απαραίτητες γνώσεις

ΠΡΟΗΓΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ

Εισαγωγή στην Ανάλυση Συστηµάτων Αυτοµάτου Ελέγχου: Χρονική Απόκριση και Απόκριση Συχνότητας

2014 Παρίσης Κ., Καθηγητής

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΙ ΕΛΕΓΧΟΥ PID

ΚΥΡΙΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Θεωρείστε το σύστηµα του ανεστραµµένου εκκρεµούς-οχήµατος του Σχ. 1 το οποίο περιγράφεται από το δυναµικό µοντέλο

Έλεγχος στροφών κινητήρα DC με ελεγκτή PI, και αντιστάθμιση διαταραχής.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΔΙΕΥΘΥΝΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Γ.Π. ΠΑΠΑΒΑΣΙΛΟΠΟΥΛΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΑΣΚΗΣΗ 2

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΜΕΤΡΗΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΣΕ ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

1) Τι είναι ένα Σύστημα Αυτομάτου Ελέγχου 2) Παραδείγματα εφαρμογών Συστημάτων Ελέγχου 3) Τι είναι ανατροφοδότηση (Feedback) και ποιες είναι οι

Έλεγχος Κίνησης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΡΗΤΗΣ

ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΜΑΖΑΣ-ΕΛΑΤΗΡΙΟΥ-ΑΠΟΣΒΕΣΤΗΡΑ

ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΤΟ ΠΕΔΙΟ ΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΚΑΙ ΤΩΝ ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ

M m l B r mglsin mlcos x ml 2 1) Να εισαχθεί το µοντέλο στο simulink ορίζοντας από πριν στο MATLAB τις µεταβλητές Μ,m,br

Έλεγχος Κίνησης

ΑΣΚΗΣΗ Για τα µαθήµατα: Εισαγωγή στον Αυτόµατο Έλεγχο (5 ο Εξάµηνο ΣΗΜΜΥ) Σχεδίαση Συστηµάτων Αυτοµάτου Ελέγχου (6 ο Εξάµηνο ΣΗΜΜΥ)

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιουνίου v 3 (t) - i 2 (t)

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΣΩ ΤΟΥ ΙΑ ΙΚΤΥΟΥ

Λύσεις θεμάτων Εξεταστικής Περιόδου Σεπτεμβρίου 2014

Εισαγωγή στον Αυτόματο Έλεγχο

ΔΥΝΑΜΙΚΗ & ΕΛΕΓΧΟΣ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

ΣΑΕ 1. Σημειώσεις από τις παραδόσεις. Για τον κώδικα σε L A TEX, ενημερώσεις και προτάσεις:

Ευστάθεια, Τύποι συστημάτων και Σφάλματα

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου με Ανάδραση - Σερβομηχανισμοί

Κλασσική Θεωρία Ελέγχου

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιανουαρίου Φεβρουαρίου 2015

Μετασχηματισμοί Laplace

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. 9o Εργαστήριο Σ.Α.Ε. Ενότητα : Έλεγχος Υδραυλικού Συστήματος

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΙΙ - Τελική εξέταση Σεπτεμβρίου 2008 ΕΠΩΝΥΜΟ (εξεταζόμενου/ης)

Μάθημα: Ρομποτικός Έλεγχος

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΜΟΝΙΜΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

Ρυθµιστές PID. Βρόχος Ανατροφοδότησης Αναλογικός Ρυθµιστής (Ρ) Ολοκληρωτικός Ρυθµιστής (Ι) ιαφορικός Ρυθµιστής (D) Ρύθµιση PID

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform)

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Αυτόματος Έλεγχος. Ενότητα 9 η : Σχεδίαση ελεγκτών με το γεωμετρικό τόπο ριζών. Παναγιώτης Σεφερλής

ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΜΠΟΡΙΚΟΥ ΝΑΥΤΙΚΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΤΙΤΛΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

ΜΜ803 ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Άσκηση 4. Υλοποίηση ON/OFF και PID Ελεγκτών

MATLAB. Εισαγωγή στο SIMULINK. Μονάδα Αυτόματης Ρύθμισης και Πληροφορικής

Τρισδιάστατος Τόπος των Ριζών

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου-Εργαστήριο

Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 2 - Εργαστήριο

Παραρτήματα. Παράρτημα 1 ο : Μιγαδικοί Αριθμοί

ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ

Πόλοι φανταστικοί. Είναι μια ιδιαίτερη περίπτωση των μιγαδικών πόλων με συντελεστή απόσβεσης ξ=0. jω. s 1 σ. s 3. s 2

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Προσομοίωση Μηχανολογικών συστημάτων Σχήμα 2.71 Σχήμα 2.72

Εισαγωγή στον Αυτόματο Έλεγχο ( ) Σημειώσεις Μαθήματος Μέρος 3ο: Κλασσικός Έλεγχος. Γεώργιος Παπαλάμπρου

Υποθέστε ότι ο ρυθμός ροής από ένα ακροφύσιο είναι γραμμική συνάρτηση της διαφοράς στάθμης στα δύο άκρα του ακροφυσίου.

Σύστημα και Μαθηματικά μοντέλα συστημάτων

Ερωτήσεις 1 ου Θέματος [8 Χ 0.25= 2.0 β.] Οι απαντήσεις πρέπει υποχρεωτικά νε βρίσκονται εντός του περιγεγραμμένου χώρου G()

Χρήση του Simulation Interface Toolkit για την Εξομοίωση και Πειραματισμό Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ 1 ης ΤΑΞΗΣ (Κεφ. 18)

Συστήματα Διακριτού Χρόνου (Discrete-Time Systems) Κυριακίδης Ιωάννης 2011

Σχεδίαση Σ.Α.Ε: Σχεδίαση µε το Γεωµετρικό Τόπο Ριζών

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

Άσκηση: Ένα σύστηµα µε είσοδο u(t), έξοδο y(t) και διάνυσµα κατάστασης x(t) = (x 1 (t) x 2 (t)) T περιγράφεται από το ακόλουθο διάγραµµα:

ΚΑΤΑΣΤΡΩΣΗ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΠΟΛΥΒΑΘΜΙΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 55

( t) όπου το * αντιστοιχεί σε συνέλιξη και. (t 2) * x 2

Τοποθετήστε τη δισκέτα στο drive B και σε περιβάλλον MS-DOS πληκτρολογήστε: B:

Μέθοδοι µελέτης και βελτίωσης της ευστάθειας συστηµάτων. Συχνοτικά διαγράµµατα

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

ΟΡΙΣΜΕΝΟ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑ

ΕΞΟΜΟΙΩΣΗ Σ.Α.Ε ΜΕ ΤΟ SIMULINK (MATLAB)

ΕΝΟΤΗΤΑ 11: ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ

ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΗΣ

Εξίσωση Κίνησης Μονοβάθμιου Συστήματος (συνέχεια)

Transcript:

ΕΛΕΓΚΤΕΣ PID Εισαγωγή Αυτό το βοήθημα θα σας δείξει τα χαρακτηριστικά καθενός από τους τρεις ελέγχους ενός PID ελεγκτή, του αναλογικού (P), του ολοκληρωτικού (I) και του διαφορικού (D) ελέγχου, καθώς και τον τρόπο με τον οποίο θα πρέπει να τους χρησιμοποιούμε για να πετύχουμε την επιθυμητή απόκριση. Θα λάβουμε ως βάση το ακόλουθο σύστημα μοναδιαίας ανατροφοδότησης: Plant: To σύστημα που θα ελεγχθεί Controller (Ελεγκτής): Παρέχει τη διέγερση στο σύστημα προς έλεγχο. Είναι σχεδιασμένος για να ελέγχει την συνολική συμπεριφορά του συστήματος. Ελεγκτής τριών όρων Η συνάρτηση μεταφοράς του PID ελεγκτή είναι η ακόλουθη: Oι όροι Κp, Ki και Kd είναι αντίστοιχα: Kp = Aναλογικό κέρδος KI = Ολοκληρωτικό κέρδος Kd = Διαφορικό κέρδος Καταρχήν ας ρίξουμε μία ματία στον τρόπο που συμπεριφέρεται ένας PID controller, ο οποίος δουλεύει σε σύστημα κλειστού βρόγχου, χρησιμοποιώντας το παραπάνω σχήμα. Η μεταβλητή (e) αντιπροσωπεύει το σφάλμα παρακολούθησης, δηλαδή την διαφορά ανάμεσα στην τιμή της επιθυμητής εισόδου (R) και σε εκείνη της πραγματικής εξόδου (Υ). Αυτό το σήμα σφάλματος (e) θα σταλεί στον PID controller και ο 1

ελεγκτής θα υπολογίσει τόσο την παράγωγο όσο και το ολοκλήρωμα αυτού του σήματος. Το σήμα (u) αμέσως μετά τον ελεγκτή είναι πλέον ίσο με το αναλογικό κέρδος (Kp) επί την τιμή του σφάλματος, συν το ολοκληρωτικό κέρδος (Κi) επί το ολοκλήρωμα του σφάλματος, συν το διαφορικό κέρδος (Κd) επί την παράγωγο του σφάλματος. Το σήμα αυτό θα σταλεί στο σύστημα προς έλεγχο και στη συνέχεια θα λάβουμε ένα νέο σήμα εξόδου (Υ). Η νέα έξοδος (Υ) θα σταλεί ξανά πίσω στο αισθητήριο για να ανιχνεύσει και αυτό με τη σειρά του το νέο σήμα σφάλματος (e). Ο ελεγκτής θα πάρει αυτό το νέο σήμα σφάλματος και θα υπολογίσει ξανά την παράγωγο και το ολοκλήρωμα και η ίδια διαδικασία θα επαναλαμβάνεται συνέχεια. Τα χαρακτηριστικά των ελεγκτών P, I και D Η χρησιμοποίηση ενός αναλογικού ελεγκτή (Kp), θα έχει ως αποτέλεσμα την ελάττωση του χρόνου ανύψωσης και την μείωση, αλλά ποτέ την εξάλειψη, του μόνιμου σφάλματος. Ο ολοκληρωτικός έλεγχος (Ki) θα εξαλείψει το μόνιμο σφάλμα, αλλά θα χειροτερέψει την μεταβατική Απόκριση (αριθμός των ταλαντώσεων μέχρι την τελική ισορροπία του συστήματος). Ο διαφορικός έλεγχος (Κd) θα έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της σταθερότητας του συστήματος, μειώνοντας την υπερύψωση και βελτιώνοντας την μεταβατική Απόκριση. Tα αποτελέσματα της επίδρασης καθενός από τους ελεγκτές Κp, Kd και Κi σε ένα σύστημα κλειστού βρόγχου, συνοψίζονται στο παρακάτω πίνακα. Αντίδραση Χρόνος Ανύψωσης Υπερύψωση Χρόνος Μόνιμο Σφάλμα Ελεγκτή Αποκατάστασης Κp Mείωση Αύξηση Μικρή Αλλαγή Μείωση Ki Μείωση Αύξηση Αύξηση Εξάλειψη Kd Μικρή Αλλαγή Μείωση Μείωση Μικρή Αλλαγή Ας σημειωθεί ότι αυτοί οι συσχετισμοί μπορεί να μην είναι πολύ ακριβείς, επειδή οι ελεγκτές Κp, Kd και Κi αλληλοεξαρτώνται. Στην πραγματικότητα, η αλλαγή μίας από αυτές τις μεταβλητές, μπορεί να αλλάξει την επίδραση και των άλλων δύο μεταβλητών. Για τον λόγο αυτό, ο παραπάνω πίνακας θα πρέπει να χρησιμοποιείται μόνον ως σημείο αναφοράς όταν προσδιορίζουμε τις τιμές για τους ελεγκτές Κp, Kd, και Κi. 2

Παράδειγμα Aς υποθέσουμε ότι έχουμε ένα σύστημα που αποτελείται από μία μάζα Μ, ένα ελατήριο και έναν αποσβεστήρα b σε διαμήκη κίνηση λόγω μιας δύναμης F. H εξίσωση που περιγράφει το πρόβλημα είναι: (1) Ο μετασχηματισμός Laplace αυτής της εξίσωσης είναι: Η συνάρτηση μεταφοράς που προκύπτει ανάμεσα στην μετατόπιση X(s) και την είσοδο F(s) είναι Εστω M = 1kg b = 10 N.s/m k = 20 N/m F(s) = 1 Εάν αντικαταστήσουμε αυτές τις τιμές στην παραπάνω συνάρτηση μεταφοράς θα έχουμε: 3

Σκοπός αυτού του παραδείγματος είναι να δείξει πως οι ελεγκτές Κp, Kd, και Κi συνεργάζονται για να εξασφαλίσουν Γρήγορο χρόνο ανύψωσης Ελάχιστη υπερύψωση Mηδενικό μόνιμο σφάλμα Βηματική απόκριση ανοικτού βρόγχου Ας ρίξουμε καταρχήν μία ματιά στην βηματική απόκριση ανοικτού βρόγχου. Δημιουργήστε ένα νέο m-file και προσθέστε τον ακόλουθο κώδικα: num=1; den=[1 10 20]; step(num,den) Eκτελώντας αυτό το m-file στο παράθυρο εντολών του Matlab θα πρέπει να πάρετε το παρακάτω σχήμα. Το κέρδος DC της συνάρτησης μεταφοράς του συστήματος προς έλεγχο είναι 1/20, και επομένως η τελική τιμή της εξόδου για μια μοναδιαία βηματική εισόδο είναι 0.05. Αυτή η τιμή αντιστοιχεί σε ένα μόνιμο σφάλμα 0.95, το οποίο είναι αρκετά μεγάλο. Επιπλέον ο χρόνος ανύψωσης είναι περίπου ένα δευτερόλεπτο, ενώ ο χρόνος αποκατάστασης είναι περίπου 1,5 δευτερόλεπτο. Ας σχεδιάσουμε έναν ελεγκτή ο οποίος θα μειώσει τον 4

χρόνο ανύψωσης, θα μειώσει τον χρόνο αποκατάστασης και θα εξαλείψει το σφάλμα στη μόνιμη κατάσταση. Αναλογικός έλεγχος Από τον παραπάνω πίνακα φαίνεται ότι ο αναλογικός ελεγκτής (Kp) μειώνει τον χρόνο ανύψωσης, αυξάνει την υπέρβαση και μειώνει το μόνιμο σφάλμα. Η συνάρτηση μεταφοράς κλειστού βρόγχου του παραπάνω συστήματος με αναλογικό ελεγκτή γίνεται: Εστω ότι η τιμή του αναλογικού κέρδους είναι 300 και ας αλλάξουμε τα παρακάτω στο m-file: Kp=300; num=[kp]; den=[1 10 20+Kp]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) Eκτελώντας αυτό το m-file στο παράθυρο εντολών του Matlab θα πρέπει να πάρετε το παρακάτω σχήμα Σημείωση: H συνάρτηση του Μatlab, που καλείται cloop μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να πάρουμε την συνάρτηση μεταφοράς κλειστού 5

βρόγχου απευθείας από την αντίστοιχη συνάρτηση μεταφοράς ανοιχτού βρόγχου (αντί να την υπολογίσουμε με το χέρι). Το ακόλουθο m-file χρησιμοποιεί την εντολή cloop, η οποία θα πρέπει να σας δώσει μία καμπύλη όμοια με αυτήν που απεικονίζεται παραπάνω. num=1; den=[1 10 20]; Kp=300; [numcl,dencl]=cloop(kp*num,den); t=0:0.01:2; step(numcl, dencl,t) Η παραπάνω καμπύλη δείχνει ότι ο αναλογικός ελεγκτής μειώνει τόσο τον χρόνο ανύψωσης, όσο και το μόνιμο σφάλμα, αυξάνει όμως την υπερύψωση και μειώνει κατά ένα μικρό ποσοστό τον χρόνο αποκατάστασης. Αναλογικός-Διαφορικός έλεγχος Τώρα, ας ρίξουμε μία ματιά σε έναν έλεγχο PD. Από τον πίνακα που απεικονίζεται παραπάνω βλέπουμε ότι ο διαφορικός ελεγκτής (Kd) μειώνει τόσο την υπερύψωση όσο και τον χρόνο αποκατάστασης. Η συνάρτηση μεταφοράς κλειστού βρόγχου του συστήματος που περιγράφουμε παραπάνω είναι: Eστω ότι η τιμή του αναλογικού κέρδους Κp ισοδυναμεί με 300 όπως και προηγουμένως και ας δώσουμε στο διαφορικό κέρδος Κd την τιμή 10. Ας βάλουμε τις παρακάτω εντολές σε ένα αρχείο m-file και ας το εκτελέσουμε μέσα από το παράθυρο εντολών του Matlab. Kp=300; Kd=10; num=[kd Kp]; den=[1 10+Kd 20+Kp]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) 6

Η παραπάνω καμπύλη δείχνει ότι ο διαφορικός ελεγκτής μειώνει τόσο την υπερύψωση όσο και τον χρόνο αποκατάστασης και έχει μικρή επίδραση στον χρόνο ανύψωσης καθώς και στο μόνιμο σφάλμα. Αναλογικός-Ολοκληρωτικός έλεγχος Πριν από την μελέτη του ελέγχου PID, ας ρίξουμε μία ματιά στον έλεγχο PI. Από τον παραπάνω πίνακα βλέπουμε ότι ο ολοκληρωτικός ελεγκτής (Κi) μειώνει τον χρόνο ανύψωσης, ενώ αυξάνει την υπέρβαση και τον χρόνο αποκατάστασης και εξαλείφει το μόνιμο σφάλμα. Στο σύστημα που περιγράψαμε παραπάνω, η συνάρτηση μεταφοράς κλειστού βρόγχου με PI έλεγχο, είναι: Ας μειώσουμε την τιμή του Kp στο 30 και ας δώσουμε στο ολοκληρωτικό κέρδος Κi την τιμή 70. Δημιουργήστε ένα νέο αρχείο m- file και καταχωρήστε τις ακόλουθες εντολές: Kp=30; Ki=70; num=[kp Ki]; den=[1 10 20+Kp Ki]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) 7

Εάν εκτελέσετε αυτό το αρχείο μέσα από το παράθυρο εντολών του Matlab, θα πρέπει να πάρετε το παρακάτω σχήμα: Mειώσαμε την τιμή του αναλογικού κέρδους (Kp) γιατί ο ολοκληρωτικός ελεγκτής μειώνει επίσης τον χρόνο ανύψωσης και αυξάνει την υπερύψωση, όπως και ο αναλογικός (διπλή επίδραση). Η παραπάνω απόκριση δείχνει ότι ο ολοκληρωτικός ελεγκτής εξαλείφει το μόνιμο σφάλμα. Αναλογικός-Ολοκληρωτικός-Διαφορικός έλεγχος Τώρα, ας εξετάσουμε τον PID ελεγκτή. Η συνάρτηση μεταφοράς κλειστού βρόγχου του δοθέντος συστήματος είναι: Υστερα από πολλές προσπάθειες και δοκιμές που κατέληξαν σε λάθη, καταλήξαμε στα παρακάτω κέρδη, τα οποία μας δίνουν την επιθυμητή απόκριση: Kp=350, Ki=300 και Kd=50. Για να επιβεβαιώσουμε τις τιμές, εισάγουμε τις ακόλουθες εντολές σε ένα αρχείο m-file και το εκτελούμε μέσα από το παράθυρο εντολών του Matlab. Kp=350; Ki=300; Kd=50; num=[kd Kp Ki]; 8

den=[1 10+Kd 20+Kp Ki]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) Tελικά, παρατηρούμε ένα σύστημα χωρίς υπέρβαση, με γρήγορο χρόνο ανύψωσης και καθόλου μόνιμο σφάλμα. 9

Γενικές συμβουλές για την σχεδίαση ενός ελεγκτή PID Όταν σχεδιάζετε έναν PID ελεγκτή για ένα δεδομένο σύστημα, ακολουθήστε τα παρακάτω βήματα για να πάρετε την επιθυμητή απόκριση 1. Παρατηρήστε την απόκριση στο σύστημα ανοιχτού βρόγχου και καθορίστε ποιό σημείο χρειάζεται βελτίωση 2. Προσθέστε τον αναλογικό έλεγχο για να βελτιώσετε τον χρόνο ανύψωσης. 3. Προσθέστε τον διαφορικό έλεγχο για να βελτιώσετε την υπέρβαση. 4. Προσθέστε τον ολοκληρωτικό έλγχο για να εξαλείψετε το μόνιμο σφάλμα 5. Τροποποιήστε καθενα από τα Kp, Ki και Kd μέχρι να πάρετε μία συνολική επιθυμητή απόκριση. Μπορείτε πάντα να ανατρέχετε στον πίνακα, ο οποίος υπάρχει μέσα σε αυτό το βοήθημα, για να βρίσκετε ποιος ελεγκτής ελέγχει ποια χαρακτηριστικά. Τέλος, ας έχετε πάντα κατά νου, ότι δεν χρειάζεται να εφαρμόσετε και τους τρείς ελεγκτές (αναλογικό, διαφορικός και ολοκληρωτικό) σε ένα σύστημα, εάν αυτό δεν είναι απαραίτητο. Για παράδειγμα, εάν ένας PI ελεγκτής δίνει μία αρκετά καλή απόκριση, (όπως αυτή που απεικονίζεται στο παραπάνω παράδειγμα), τότε δεν χρειάζεται να προσθέσεται και διαφορικό ελεγκτή στο σύστημα. Κρατήστε τον ελεγκτή όσο πιο απλό γίνεται. 10