کنترل کننده PID، که یک کنترل کننده سه بخشه، شامل بخش های تناسبی، انتگرال گیری، و مشتق گیری است، پر کاربرد ترین کنترل کننده در صنعت است، به طوری که حدود نود درصد کل کنترل کننده های مورد استفاده در صنعت، یا PID هستند، و یا از آن در ساختار های کنترلی دیگر استفاده می کنند. این امر به تنهایی گویای اهمیت این کنترل کننده است.
بر خلاف ظاهر ساده PID، طراحی این کنترل کننده، در عمل، فراتر از تنظیم سه پارامتر اصلی آن است. عوامل مختلفی در عملکرد این کنترل کننده تاثیر گذار اند، که از جمله ساختار کنترل کننده، درجه پروسه، نسبت ثابت زمانی غالب سیستم به زمان مرده پروسه، دینامیک عنصر محرک، نوع فیلتر بخش مشتق گیر و تنظیم پارامتر آن، رفتار غیر خطی در سیستم و غیره را می توان برشمرد. هر یک از این عوامل می توانند نقشی در روند طراحی و تنظیم کنترل کننده PID داشته باشند.
از این میان، دو مسئله مهم، عبارت اند از: طراحی فیلتر بخش مشتق گیر، و جبران آثار اشباع شدن عنصر محرک. پروژه حاضر به بررسی مفصل این دو می پردازد. اما پیش از آن، مبانی و اصول کنترل PID، اصلاحات اساسی در قانون پایه این کنترل کننده، ساختار های مختلف و منطق حاکم بر سه عمل آن، و نیز راهکار هایی برای انتخاب نوع کنترل کننده، معرفی و بحث می شوند.
Proportional-Integral-Derivative controllers are the most widely used ones in industry, actually, more than ninety percent of all the implemented controllers are PID controllers, this obviously shows the PID controller importance.
In spite of its relative simplicity, the design of the PID controller is not limited to tuning of its three coefficients. Various factors, including controller structure, process degree, ratio of dead-time to dominant time constant, derivative filter design and its tuning, integrator windup and system non-linearity, etc, can affect the controller performance.
Among these factors, two important ones are: Derivative filter design, and integrator windup effect, which we will discuss in detail in this project.
First of all, basics of PID control, its different structures, and some modifications of the basic PID control law, along with some guidelines of choice of controller type are discussed.
In the Derivative Filter Design chapter, we emphasis on four-parameter tuning of PID controller and represent several simulation to show the effectiveness of the method. Besides, the performance of the derivative filter on different structures of the controller is discussed.
Another chapter is dedicated to the integrator anti-windup methods; several techniques, including conditional integration and back-calculation, are introduced and compared. In most of the discussions, the simplicity of design and cost/benefit efficiency has been considered. Also some of the results are emphasized through simulations.