آزمایشگاه تعادل کنترل‌کننده PID

آزمایشگاه تعادل کنترل‌کننده PID به دانش‌آموزان اجازه می‌دهد تا کنترل فیدبک حلقه بسته را از نزدیک تجربه کنند. یک توپ فلزی در امتداد یک تیر شیب‌دار که توسط پیشران‌های انتهای دوقلو هدایت می‌شود می‌غلتد در حالی که یک نمودار اسکرولینگ بلادرنگ، نقطه تنظیم هدف r(t) (سبز) را در برابر موقعیت واقعی توپ x(t) (طلایی) رسم می‌کند. کنترل‌کننده به طور مداوم خطای موقعیت e(t) = r − x(t) را اندازه‌گیری می‌کند و فرمان پیشران u(t) = Kp·e + Ki∫e dt + Kd(de/dt) را محاسبه می‌کند. با کشیدن حلقه نقطه تنظیم در طول تیر یا ضربه زدن به توپ، فراگیران کشف می‌کنند که چرا کنترل تناسبی خالص بی‌نهایت نوسان می‌کند، چگونه بهره مشتق Kd به عنوان یک ترمز پیش‌بینی‌کننده برای میرا کردن بیش‌جهش عمل می‌کند، و چگونه بهره انتگرالی Ki افست تریم حالت ماندگار را حذف می‌کند.

• Ki = 0 و Kd = 0 را در حالی که Kp = 6 را حفظ می‌کنید تنظیم کنید، سپس حلقه نقطه تنظیم سبز را بکشید و تماشا کنید که توپ بدون میرایی به جلو و عقب نوسان می‌کند.
• بهره مشتق Kd را به 4.0 افزایش دهید و مشاهده کنید که چگونه کنترل‌کننده شیب تیر را قبل از اینکه توپ از نقطه تنظیم عبور کند ترمز می‌کند و بیش‌جهش را از بین می‌برد.
• Ki = 0 را با Kp = 4 و Kd = 3.5 تنظیم کنید و خوانش کوچک افست حالت ماندگار ناشی از اریب تریم گرانش را متوجه شوید، سپس Ki را به 1.0 افزایش دهید تا خطا را به 0.00 متر برسانید.
• روی توپ کلیک کنید یا دکمه «ضربه اغتشاشی» را فشار دهید تا یک تکانه سرعت ناگهانی اعمال کنید و آزمایش کنید که حلقه PID تنظیم‌شده شما با چه سرعتی بازیابی می‌شود.
• حلقه هدف سبز را به سرعت بین انتهای چپ و راست تیر بکشید تا زمان برخاست پاسخ پله و بیش‌جهش اوج را آزمایش کنید.

1. 1خطای موقعیت e(t) = r(t) − x(t) را در یک سیستم کنترل فیدبک حلقه بسته تعریف کنید.
2. 2نقش فیزیکی هر عبارت PID را توضیح دهید: سختی تناسبی (Kp)، حذف اریب انتگرالی (Ki)، و میرایی مشتق (Kd).
3. 3معیارهای پاسخ پله شامل زمان برخاست، درصد بیش‌جهش اوج، زمان استقرار، و خطای حالت ماندگار را تحلیل کنید.
4. 4یک کنترل‌کننده PID سه عاملی را برای دستیابی به تثبیت سریع و بحرانی میراشده پس از یک اغتشاش خارجی تنظیم کنید.

پرسش‌هایی که معلم‌ها می‌پرسند