I. ÚVOD
Pri navrhovaní priemyselných automatizačných a riadiacich systémov sú dve bežne používané riadiace stratégie PID regulátor (proporcionálny-integrálny{1}}diferenciálny regulátor) a PWM regulátor (regulátor s pulznou šírkou modulácie). Hoci obe môžu realizovať presné riadenie systému, existujú značné rozdiely v princípe, aplikácii a riadiacich charakteristikách. V tomto článku budú PID regulátor a PWM regulátor podrobne porovnané a analyzované, aby sa odhalili rozdiely medzi nimi.
II. Prehľad PID regulátora
Regulátor PID je riadiaci algoritmus{0}}založený na spätnej väzbe, ktorý pozostáva z troch riadiacich členov proporcionálnych (P), integrálnych (I) a diferenciálnych (D). Meria rozdiel medzi výstupnou hodnotou riadeného objektu a želanou hodnotou (teda chybou) a následne spracuje chybu podľa troch riadiacich členov P, I a D, aby získal výstup regulátora. Princíp PID regulátora je založený na spätnoväzbovej regulácii chyby a má schopnosť adaptácie, aby mohol dynamicky upravovať regulačné parametre podľa aktuálnej situácie.
Princíp
Princíp PID regulátora je založený na spätnoväzbovej regulácii chyby. Najprv zmeria výstupnú hodnotu kontrolovaného objektu a potom ju porovná s požadovanou hodnotou, aby sa zistila chyba. Potom sa chyba spracuje podľa proporcionálnych, integrálnych a diferenciálnych riadiacich členov, aby sa získal výstup regulátora. Medzi nimi je proporcionálny riadiaci člen úmerný chybe a používa sa na rýchle zníženie chyby; integrálny riadiaci člen sa používa hlavne na odstránenie kumulatívnej chyby a zvýšenie stability systému; diferenciálny riadiaci člen upravuje výstup regulátora podľa rýchlosti zmeny chyby, čo zrýchľuje odozvu systému a znižuje prekmit.
Aplikácie
PID regulátory sú široko používané v priemyselných automatizačných riadiacich systémoch, riadení elektronických zariadení, robotike a iných oblastiach. V systémoch regulácie teploty regulujú PID regulátory výkon vykurovacieho alebo chladiaceho zariadenia tak, aby stabilizovali regulovanú teplotu blízko požadovanej hodnoty presným meraním rozdielu medzi regulovanou teplotou a požadovanou teplotou. V robotike sa PID regulátory bežne používajú na riadenie polohy, kde sa meria rozdiel medzi skutočnou a požadovanou polohou robota a nastavuje sa výstup akčného člena robota, aby sa dosiahlo presné riadenie polohy. Okrem toho sa PID regulátory široko používajú pri riadení motora, prietoku a iných oblastiach.
Riadiace charakteristiky
Regulátor PID má schopnosť samo{0}}prispôsobenia a dokáže dynamicky upravovať parametre regulácie podľa aktuálnej situácie. V ustálenom stave dokáže rýchlo reagovať a odoláva vonkajším poruchám a systémovým zmenám. Okrem toho má PID regulátor tiež charakteristiku presného riadenia a vysokej stability, ktorá dokáže realizovať presné riadenie systému.
III. Prehľad regulátora PWM
Regulátor PWM je riadiaca stratégia, ktorá riadi priemernú úroveň výstupného signálu úpravou pracovného cyklu impulzov. Riadi požadovaný výstup periodickým zapínaním a vypínaním napájacieho zdroja, ovládaním pomeru spínacieho času k času vypnutia. PWM regulátory sú široko používané v aplikačných scenároch, kde je potrebné simulovať spojité signály, ako je ovládanie rýchlosti DC motora, nastavenie jasu LED, audio zosilňovače atď.
Princíp
Princíp regulátora PWM je riadiť napätie a prúd v obvode zmenou šírky impulzov. V signáli PWM trvá vysoká úroveň dlhšie a nízka úroveň kratšie, čím sa mení výstupný výkon v obvode. Konkrétne, keď je signál PWM vysoký, spínač v obvode sa otvorí a prúd preteká záťažou; keď je signál PWM nízky, spínač sa zatvorí a prúd prestane tiecť. Preto zmenou pomeru času vysokej a nízkej úrovne PWM signálu možno realizovať riadenie napätia a prúdu v obvode.
Aplikácie
Regulátory PWM sa bežne používajú v aplikačných scenároch, kde je potrebné simulovať nepretržité signály, ako je ovládanie rýchlosti jednosmerného motora, nastavenie jasu LED a zosilňovače zvuku. V týchto aplikáciách môžu regulátory PWM presne riadiť priemernú úroveň výstupného signálu úpravou pracovného cyklu impulzov, čím realizujú presné ovládanie zariadenia.
Riadiace charakteristiky
Regulátor PWM je veľmi citlivý na frekvenciu spínania signálu a pracovný cyklus a dokáže presne riadiť priemernú úroveň výstupu. Dokáže rýchlo reagovať a upraviť výstup, ale nemá schopnosť samo{1}}prispôsobenia. výhody PWM regulátora sú jednoduché a intuitívne, ľahko implementovateľné a nízke náklady, vhodné pre niektoré aplikačné scenáre, ktoré nevyžadujú vysokú presnosť riadenia.
IV. Porovnanie PID regulátora a PWM regulátora
Porovnanie princípov
PID regulátor je založený na princípe spätnoväzbovej regulácie chyby, a to meraním rozdielu medzi výstupnou hodnotou regulovaného objektu a požadovanou hodnotou (teda chybou), a následne podľa proporcionálnych, integrálnych a diferenciálnych regulačných členov na spracovanie chyby výstup regulátora. Regulátor PWM na druhej strane riadi napätie a prúd v obvode zmenou šírky impulzov, aby sa realizovala kontrola priemernej úrovne výstupného signálu.
Porovnanie aplikácií
Regulátory PID sú vhodné pre scenáre aplikácií, ktoré vyžadujú presnú kontrolu a stabilitu, ako je regulácia teploty, regulácia polohy, regulácia otáčok atď. Regulátory PWM sa bežne používajú v aplikáciách, ktoré vyžadujú analógové spojité signály, ako je ovládanie rýchlosti jednosmerného motora, nastavenie jasu LED, zosilňovače zvuku atď. Keďže regulátory PWM nemajú adaptívnu schopnosť, nemusia byť vhodné v niektorých aplikáciách, ktoré vyžadujú vysokú presnosť riadenia.
Porovnanie riadiacich charakteristík
Regulátor PID má schopnosť samo{0}}prispôsobenia a dokáže dynamicky upravovať parametre regulácie podľa aktuálnej situácie. Dokáže rýchlo reagovať v ustálenom stave a je odolný voči vonkajším poruchám a systémovým zmenám. Okrem toho sa PID regulátor vyznačuje presným riadením a vysokou stabilitou. Regulátor PWM je na druhej strane veľmi citlivý na frekvenciu spínania signálu a pracovný cyklus a dokáže presne regulovať priemernú úroveň výstupu. Nemá však schopnosť samo{5}}prispôsobenia a nedokáže dynamicky upravovať ovládacie parametre podľa aktuálnej situácie systému. Preto môže mať určité obmedzenia v niektorých aplikáciách, ktoré vyžadujú vysokú presnosť riadenia.
V. Záver.
Aby sme to zhrnuli, existujú značné rozdiely medzi PID regulátorom a PWM regulátorom z hľadiska princípu, aplikácie, regulačných charakteristík atď. PID regulátor je založený na princípe spätnoväzbovej regulácie chyby, ktorý sa vyznačuje samo-adaptačnou schopnosťou, precíznou reguláciou a vysokou stabilitou a je vhodný pre aplikačné scenáre vyžadujúce presné riadenie a stabilitu. Regulátor PWM na druhej strane riadi priemernú úroveň výstupného signálu zmenou šírky impulzu, čo má výhody v jednoduchosti, intuitívnosti, ľahkej implementácii a nízkej cene a je vhodné pre niektoré aplikačné scenáre, ktoré nevyžadujú vysokú presnosť riadenia. Pri výbere, ktorý regulátor použiť, je potrebné komplexne zvážiť podľa špecifických požiadaviek aplikácie a cieľov riadenia.