25.7 : בקר PID

בקרים פרופורציונליים-אינטגרליים-דיפרנציאליים (PID) נפוצים בשימוש במגוון מערכות בקרה לשיפור היציבות והביצועים. בתרמוסטט, בקר זה מתאים חימום או קירור בהתאם להפרש הטמפרטורה בין הרמה בפועל לרמה הרצויה. הם משמשים גם במערכות מהירות לרכב, ומסוגלים לנהל שינויים פתאומיים במהירות תוך שמירה על מהירות קבועה בתנאים משתנים. מצד שני, בקרים מסוג PI, הנפוצים בוויסות מתח, משפרים את היציבות ומפחיתים שגיאות מצב קבוע, אך מאריכים את הזמן הנדרש להשגת המתח הרצוי.

בקר PID משלב את התכונות של בקרים מסוג PD ו-PI, תוך איזון בין היתרונות שלהם והתמודדות עם המגבלות שלהם. בתכנון בקר PID, הוא מטופל תחילה כחלק PI המחובר בטור עם חלק PD. הקבוע הפרופורציונלי של חלק ה-PD מוגדר ל-1, מכיוון שבקר PID דורש שלושה פרמטרים בלבד.

תחילה, רק רכיב ה-PD מופעל. הרווח הדיפרנציאלי מותאם כדי להשיג יציבות רצויה, הנבדקת על ידי התבוננות באובר-שוט (Overshoot) במרחב הזמן ובמדידת שוליים מופע במרחב התדר. שלב זה מבטיח שהבקר יגיב במהירות לשינויים תוך שמירה על יציבות מספקת.

לאחר מכן, נבחרים הרווח האינטגרלי והרווח הפרופורציונלי לחלק ה-PI כדי לעמוד בדרישות היציבות הכוללות. הרווח האינטגרלי מסייע לבטל שגיאות מצב קבוע, בעוד הרווח הפרופורציונלי מתאים את תגובת המערכת, כדי להבטיח שהבקר יעמוד בקריטריוני היציבות היחסית.

על ידי שילוב רכיבים אלו, בקר PID מנהל ביעילות הן את ההתנהגות הדינמית והן את ההתנהגות המצב היציב. ומציע פתרון בקרה מקיף יותר. האלמנטים הפרופורציונליים, האינטגרליים והדיפרנציאליים פועלים יחד כדי לספק תגובה מאוזנת, תוך הפחתת החסרונות בשימוש בבקרים מסוג PD או PI בלבד. גישה משולבת זו חיונית ביישומים הדורשים בקרת יציבות ומדויקות, כגון בתרמוסטטים ובמערכות תעשייתיות שונות.