25.5 : תכנון בקר PI

בקרים פרופורציונליים-אינטגרליים (PI) מהווים רכיב יסוד במערכות בקרה מודרניות ומשמשים באופן נרחב לשיפור ביצועים והפחתת שגיאות מצב-קבוע. הם יעילים במיוחד ביישומים כמו התאמת בהירות אוטומטית בטלפונים חכמים, שם הם מצטיינים בהפחתת שגיאות מצב-קבוע עבור כניסות בצורת מדרגה. בניגוד לבקרים פרופורציונליים-דיפרנציאלים (PD), הדורשים שגיאות משתנות-בזמן לתפקוד מיטבי, בקרי PI מנצלים את הרכיב האינטגרלי כדי לטפל בשגיאות מצב-קבוע שלא תוקנו על ידי החלק הפרופורציונלי.

בבקר PI המבוסס על מגבר תפעולי (op-amp), נגדים וקבל מעבדים את אות השגיאה ויוצרים אות בקרה. המשוב הפרופורציונלי מתקבל מנגד, בעוד התגובה האינטגרלית מתקבלת מקבל. עיצובים עם שניים או שלושה מגברים תפעוליים מציגים פונקציות העברה ייחודיות, כשפרמטרי בקר ה-PI קשורים לתכונות המעגל. הקונפיגורציה של שלושה מגברים תפעוליים מאפשרת כיוונון עצמאי של רווחים פרופורציונליים ואינטגרליים דרך פרמטרים ספציפיים במעגל. יצוין כי בשני המעגלים הרווח האינטגרלי הפוך לגודל הקבל, מה שעשוי לדרוש קבלים גדולים עבור עיצובי בקר PI יעילים.

בקר PI משפר את ביצועי המערכת באמצעות שינוי פונקציית ההעברה של המסלול הקדמי על ידי הוספת אפס וקוטב. שינוי זה משפר את ביצועי המערכת ומפחית את שגיאת המצב-קבוע בסדר גודל. במצבים שבהם שגיאת המצב-קבוע לכניסה נתונה היא קבועה, בקר PI יכול להפחית שגיאה זו לאפס, בתנאי שהמערכת נותרת יציבה לאחר הפיצוי.

על ידי טיפול בהיבטים פרופורציונליים ואינטגרליים כאחד, בקרים PI מספקים פתרון חזק לתיקון שגיאות מצב-קבוע במגוון יישומים. עיצובם, הכולל קונפיגורציות ספציפיות של נגדים וקבלים במעגלי מגברים תפעוליים, מבטיח שליטה מדויקת ושיפור ביצועים, מה שהופך אותם לחיוניים במערכות בקרה מודרניות.