طراحی وشبیه سازی کنترلر الکترونیکی pidجهت کنترل پروسه های آنالوگی با تنظیم کاملا عملی و کاربردی ضرایب تناسبی ،انتگرالی و مشتقی

یک کنترل کننده pid ( تناسبی- انتگرال گیر – مشتق گیر) یک ابزار متعارفی است که در کاربردهای کنترل صنعتی استفاده می شود. یک کنترلکننده pid می تواند برای تنظیم سرعت، دما، جریان، فشار و سایر پروسه های متغیر استفاده شود کنترل کنندهpid می تواند نزدیک سنسور (حسگر) با وسیله تنظیم کنترل جاسازی شود وبا استفاده از سیستم اسکادا (scada)به طور مرکزی از طریق مانیتور کنترل شود . یک کاربرد نوعی (typical) کنترل کننده دمای pid می تواند کنترل تغییرات پیوسته یک تنظیم کننده که ممکن است دمای یک پروسه را تغییر دهد، باشد . این کار ممکن است توسط ادوات سوئیجینک پالس برای گرم کن های الکتریکی یا توسط باز و بسته کردن یک دریچه کار انجام شود کنترل کننده دمای pidاز دما صرفاً به عنوان وارون عمل خروجی استفاده می کند به طور مثال بیشتر توان اعمال شده به پروسه وقتی است که دما زیر set point است و کمترین توان اعمالی زمانی است که دما بالای نقطه setpoint باشد .این کنترل کننده ها برای تزریق وخارج کردن دما غالباً از کنترل کننده های کنترل خنک کننده اضافی استفاده می کند و معمولاً به یک کنترل کننده های ضرب کننده نیاز دارد . یک کنترل کننده pid( گاهی اوقات کنترل کننده سه عبارتی هم نامیده می شوند)، سیگنال سنسور را به طور معمول از یک ترموکوبل با rtd* ( سنسور مقاومتی حرارتی) می خواند و به مقداری برحسب واحدهای مهندسی مثل درجه سانتی گراد تبدیل می کند. سپس مقدار اندازه گیری شده را set point کم می کند تا سیگنال خطا را تولید کند خطا روی سه عبارتi , p , d در یک زمان عمل می کند. که اصول علمی کنترل کنندهpid به شرح زیر است : تناسبی (بهره) خطا با یک نسبت منفی ( برای عمل معکوس) در ثابت p ضرب می شود و با خروجی فعلی جمع می شود ثابت p حد ( باند) بالایی که خروجی کنترل کننده با خطای سیستم تناسبی است را نشان می دهد و همیشه یک خطایی بین مقدار set point مورد نیاز و دمای واقعی پروسه وجود دارد . انتگرال ( راه اندازی مجدد) خطا در یک دوره زمانی میانگین گرفته می شود و سپس در ثابت انتگرال ضرب می شود و با جریان خروجی کنترل کننده جمع می شود انتگرال خطای حالت ماندگار سیستم را نشان می دهد و خطای ناشی از نسبت set point به مقدار اندازه گیری شده را حذف می کند برای بسیاری از کاربردها، کنترل کننده های تناسبی و انتگرال گیر رضایت بخش و با پایداری خوب و set point مطلوب خواهد بود . مشتق ( سرعت) سرعت تغییرات خطا با توجه به زمان محاسبه می شود و در یک ثابت دیگر با علامت dضرب شده و با خروجی جمع می شود. عبارت مشتق گیر برای تعیین پاسخ کنترل کننده به تغییر یا اختلال در پروسه دمایی ( مانند بار شدن در یک کوره) استفاده می شود . در نتیجه عبارت مشتق گیر بزرگتر، کنترل کننده با سرعت بیشتری به تغییرات در مقدار پروسه پاسخ خواهد داد. میزان سازی عبارات کنترل کننده عبارات i , p , d برای تطبیق با دینامیک ها ( فعالیت های درونی) پروسه ای که پردازش می شود باید میزان سازی ( تیون) شود هر کدام از عبارت هایی که در بالا شرح داده شده اگر به درستی تنظیم نشوند می توانند باعث ناپایداری یا کنترل خیلی آهسته پروسه شوند . امروزه برای کنترل دما از کنترل کننده های pid های دیجیتال که کارایی auto – tune خودکار دارند ، استفاده می کنند . در طول دوره میزان سازی خودکار ( auto – yuno) کنترل کننده pid توان پروسه و پیش بینی های سرعت تغییر، بالازدگی ( overshoot) و زمان پاسخ دهی واحد صنعتی را کنترل می کند این کار اغلب مبتنی بر روش زیگلر –نیکولر برای محاسبه مقادیر عبارت های کنترل کننده می باشد . یک مرتبه که دوره زمانی میزان سازی خودکار کامل شد . مقادیر i و p وd ذخیره می شوند و در کنترل کننده pid استفاده می شود .