Tại sao bộ điều khiển ID không tồn tại?

Tại sao không tồn tại một PID chỉ bao gồm ID?

Câu trả lời ngắn gọn cho điều này là phần P (Propotional) của bộ điều khiển PID là chức năng cơ bản của bộ điều khiển và các phần I (Tích phân) và D (Đạo hàm) chỉ cố gắng khắc phục các nhược điểm rất thường gặp của P bộ điều khiển -only.

Nếu chúng ta nhìn vào lực tác động chung trong hệ thống - động cơ hoặc "bộ truyền động" thì các điều khiển PID - lời giải thích trở nên khá rõ ràng. Đối với PID, sự truyền động là:

u = Kp*(e) + Kd*derivative(e) + Ki*integral(e)

Trong đó e là lỗi từ vị trí hệ thống mong muốn và Ki, Kd và Kp là các số do người dùng xác định. Bây giờ, hãy tưởng tượng rằng hệ thống thực sự ở vị trí mong muốn, có nghĩa là lỗi e = 0; sau đó bạn cũng sẽ bằng không! Vì vậy, câu hỏi sau đó trở thành làm thế nào để có được u = 0 khi hệ thống ở trạng thái mà chúng ta muốn có. Điều này có thể giải thích tại sao bạn thường chỉ thấy các bộ điều khiển P, PD, PI hoặc PID được sử dụng, bởi vì các kết hợp này thường trùng khớp với độ dẫn động u = 0 mang lại trạng thái hệ thống mong muốn. Tuy nhiên, không có gì sai về I, D, ID hoặc thậm chí bộ điều khiển ABC - bạn có thể thêm bất kỳ bên nào vào u mà bạn thấy có thể sử dụng được cho hệ thống bạn đang làm việc. Bạn có thể nói rằng

u  = 0,  if |e| < 5 and
u  = 1,  otherwise

mà hiệu quả sẽ là một công tắc bật tắt đơn giản như bộ điều chỉnh nhiệt thông thường của bạn.

Hy vọng điều này giúp đỡ!

Bạn hầu như không bao giờ thấy bộ điều khiển ID vì chúng thường không làm gì hữu ích. Đây là những gì họ có thể làm:

1) Phần D sẽ đáp ứng với những thay đổi trong hệ thống. Nó sẽ cố gắng sửa và chuyển hệ thống về 0, nhưng một khi nó đạt đến mức ổn định thì phần D không còn hoạt động. Lưu ý rằng KHÔNG quan trọng trạng thái ổn định đó ở đâu; nó có thể là 0 hoặc 10 hoặc 100.

2) Bây giờ hãy tưởng tượng rằng hệ thống đang di chuyển rất chậm, vì vậy phần D không đáng kể. Phần I sẽ điều khiển tích phân của lỗi thành 0. Một lần nữa, điều này KHÔNG giống như điều khiển lỗi về 0. Hãy tưởng tượng hệ thống bị xáo trộn từ 0 đến -5. Bây giờ tích phân sẽ bắt đầu trở thành âm và bộ điều khiển sẽ gửi các lệnh dương. Khi hệ thống đạt 0 lần nữa, tích phân vẫn âm nên bộ điều khiển vẫn đang áp dụng các lệnh dương và hệ thống chuyển động dương. Cuối cùng, tích phân đạt đến 0 nhưng hệ thống hiện đã đi sâu vào lãnh thổ tích cực nên toàn bộ quá trình lặp lại theo chiều ngược lại.

Không có P, bộ điều khiển sẽ không thực hiện một cách đáng tin cậy những gì một hệ thống điều khiển được cho là làm: đưa lỗi về 0.

Mặc dù bộ điều khiển D đơn giản chỉ vô dụng vì những lý do được nêu ra bởi ryan0270 trong câu trả lời của anh ta , có những trường hợp bộ điều khiển I đơn giản thực hiện hoàn hảo. Nó phụ thuộc khá nhiều vào đặc điểm của hệ thống mà chúng ta phải kiểm soát.

Ví dụ thực tế

Ổn định chuyển động đầu của robot hình người bằng cách gửi các lệnh vận tốc ngược đến cổ trong khi chúng ta có thể cảm nhận được sự xáo trộn vận tốc bằng thiết bị IMU gây ra bởi chuyển động của thân (hoặc bất kỳ sự xáo trộn nào, ví dụ như robot có thể đi bộ).

Nó chỉ ra rằng phản ứng vận tốc của nhóm Head + IMU khi được mời bởi một bước vận tốc có thể được mô tả theo thứ tự thứ hai sau quá trình làm ẩm:

Do đó, mục tiêu là thiết kế bộ điều khiển cung cấp một hành động chống lại đủ trong sơ đồ loại bỏ nhiễu cổ điển sau đây:

Bộ điều khiển chỉ có I$K_I=11$(bộ điều khiển rời rạc chạy @ 100 Hz) đủ để hoàn thành công việc làm cho hệ thống vòng kín Loại I và thực hiện tuyệt vời trong các thử nghiệm thực tế. Không cần P rồi.

Điều này được thể hiện trong âm mưu bên dưới, trong đó ba phản ứng hệ thống được rút ra cho ba bộ điều khiển tương ứng chống lại sự xáo trộn vận tốc theo từng bước. Phần tỷ lệ bắt đầu trở nên hữu ích chỉ cho giá trị rất nhỏ của sự tăng P . Phần không thể thiếu là chủ đạo, làm gần như tất cả các nhiệm vụ.

Tôi có kiến ​​thức rất cơ bản về lý thuyết điều khiển, nhưng:

Wikipedia nói (nhấn mạnh của tôi):

Độ lợi tỷ lệ cao dẫn đến thay đổi lớn trong đầu ra cho một thay đổi nhất định trong lỗi. Nếu mức tăng tỷ lệ quá cao, hệ thống có thể trở nên không ổn định (xem phần điều chỉnh vòng lặp). Ngược lại, mức tăng nhỏ dẫn đến phản hồi đầu ra nhỏ với lỗi đầu vào lớn và bộ điều khiển ít phản hồi hoặc kém nhạy hơn. Nếu mức tăng tỷ lệ quá thấp, hành động kiểm soát có thể quá nhỏ khi phản ứng với các nhiễu loạn hệ thống. Lý thuyết điều chỉnh và thực hành công nghiệp chỉ ra rằng thuật ngữ tỷ lệ sẽ đóng góp phần lớn thay đổi đầu ra.

Nói cách khác, khi mức tăng tỷ lệ quá thấp, kiểm soát sẽ quá chậm để có thể sử dụng được, bởi vì phản ứng của nó đối với sự thay đổi sẽ không đáng kể. Bạn có thể tưởng tượng làm cho nó 0 sẽ chỉ làm cho mọi thứ tồi tệ hơn.

Vì vậy, trong khi lý thuyết bộ điều khiển ID có thể tồn tại trên lý thuyết, nó sẽ khá vô dụng.

P (Tỷ lệ) có nghĩa là hệ thống đáp ứng như thế nào. Không chỉ P có thể điều khiển hệ thống đáp ứng. Đồng hồ hoặc Sampletime có thể làm cho hệ thống phản ứng nhanh hơn. Vì vậy, khi bạn chỉ thử I (Integral) nếu hệ thống đáp ứng cao, vì vậy chỉ có thể sử dụng ID.