Nel sistema di controllo industriale, il controller è un dispositivo importante per realizzare la regolazione e il controllo dell'oggetto controllato. Tra questi, il controller proporzionale-integrale (PI) è un controller comunemente utilizzato, il cui ruolo è elaborare il segnale di errore attraverso i collegamenti proporzionale e integrale per realizzare il controllo preciso dell'oggetto controllato. In base ai diversi metodi di connessione dei collegamenti proporzionali e integrali, i controller PI possono essere classificati in due tipi: controller PI di tipo serie- e controller PI di tipo parallelo-. Questo articolo confronterà e analizzerà questi due tipi di controller PI.
I. Controller PI serie
Il controller PI in serie si riferisce al collegamento proporzionale e al collegamento integrale in serie, ovvero il segnale di errore viene prima elaborato dal collegamento proporzionale e poi dal collegamento integrale.
Le caratteristiche del controller PI di tipo serie sono:
1. Le uscite dei collegamenti proporzionale e integrale vengono sommate come uscita del controller. Pertanto, l'uscita del controller PI in serie è proporzionale alla dimensione del segnale di errore e inversamente proporzionale alla velocità di variazione del segnale di errore.
2. Il guadagno proporzionale e il guadagno integrale del controller PI serie possono essere regolati in modo indipendente, quindi possono essere regolati in base alle esigenze effettive.
3. La velocità di risposta del controller PI di tipo serie è più rapida, ma si verifica un fenomeno di overshooting. Quando il segnale di errore è elevato, l'uscita del controller aumenterà rapidamente, con conseguente velocità di risposta dell'oggetto controllato troppo elevata e persino il fenomeno del superamento.
II. Controller PI di tipo parallelo
Il controller PI parallelo si riferisce ai collegamenti proporzionali e integrali collegati insieme in parallelo, ovvero il segnale di errore viene elaborato dai collegamenti proporzionale e integrale contemporaneamente.
Il controllore PI di tipo parallelo è caratterizzato da:
1. Le uscite dei collegamenti proporzionale e integrale vengono sommate come uscita del controller. Pertanto, l'uscita del controller PI parallelo è proporzionale alla dimensione del segnale di errore e inversamente proporzionale alla velocità di variazione del segnale di errore.
2. Il guadagno proporzionale e il guadagno integrale del controller PI parallelo possono essere regolati in modo indipendente, quindi possono essere regolati in base alle esigenze effettive.
3. La velocità di risposta del controller PI di tipo parallelo è lenta, ma non si verifica alcun fenomeno di overshooting. Poiché i collegamenti proporzionale e integrale agiscono contemporaneamente sul segnale di errore, l'uscita del controller non aumenterà rapidamente, evitando il verificarsi di una velocità di risposta troppo elevata e di fenomeni di superamento dell'oggetto controllato.
III. Confronto tra il controller PI di tipo serie-e il controller PI di tipo-parallelo
1. Velocità di risposta:la velocità di risposta del controller PI di tipo serie- è più rapida, mentre la velocità di risposta del controller PI di tipo-parallelo è più lenta. Questo perché i collegamenti proporzionale e integrale del controller PI in serie sono collegati in serie e il tempo di elaborazione del segnale di errore è più breve; mentre i collegamenti proporzionale e integrale del controller PI parallelo sono collegati in parallelo e il tempo di elaborazione del segnale di errore è più lungo.
2. Fenomeno del superamento:Il controller PI seriale presenta un fenomeno di overshooting, mentre il controller PI parallelo non presenta un fenomeno di overshooting. Questo perché quando il guadagno proporzionale del controller PI in serie è elevato, porterà a un rapido aumento dell'uscita del controller, che farà sì che la velocità di risposta dell'oggetto controllato sia troppo veloce e si verifichi il fenomeno di overshooting; e quando il guadagno proporzionale del controller PI parallelo è piccolo, può evitare questa situazione.
3. Stabilità:la stabilità del controller PI di tipo serie- è scarsa, mentre la stabilità del controller PI di tipo parallelo è migliore. Questo perché il guadagno proporzionale e il guadagno integrale del controller PI di tipo serie- sono indipendenti, quando il guadagno proporzionale è troppo grande o il guadagno integrale è troppo piccolo, è facile causare instabilità del sistema; e il guadagno proporzionale del controller PI parallelo e il guadagno integrale sono un'influenza reciproca, possono garantire meglio la stabilità del sistema.
4. Regolazione dei parametri:Il guadagno proporzionale e il guadagno integrale del controller PI in serie possono essere regolati in modo indipendente, mentre anche il guadagno proporzionale e il guadagno integrale del controller PI parallelo possono essere regolati in modo indipendente. Tuttavia, a causa dell'esistenza del fenomeno di overshooting nel controller PI in serie, è necessario limitare il guadagno proporzionale nell'applicazione pratica; mentre il controller PI parallelo non presenta fenomeni di overshooting, quindi può essere più flessibile regolare il guadagno proporzionale e il guadagno integrale.
In sintesi, il controller PI in serie e il controller PI parallelo presentano vantaggi e svantaggi. Nelle applicazioni pratiche, il tipo appropriato dovrebbe essere selezionato in base alle caratteristiche dell'oggetto controllato e ai requisiti di controllo. Se hai bisogno di una risposta rapida e di un'elevata precisione di controllo, puoi scegliere il controller PI della serie; se sono necessarie prestazioni di controllo stabili e piccoli superamenti, è possibile scegliere il controller PI parallelo. Inoltre, le prestazioni di controllo possono essere ulteriormente migliorate mediante una ragionevole regolazione dei parametri e una progettazione ottimizzata.