U industrijskom upravljačkom sustavu, regulator je važan uređaj za realizaciju regulacije i upravljanja nadziranim objektom. Među njima, proporcionalni-integralni (PI) regulator je regulator koji se često koristi, čija je uloga obraditi signal greške kroz proporcionalne i integralne veze kako bi se ostvarila precizna kontrola upravljanog objekta. Prema različitim načinima spajanja proporcionalnih i integralnih veza, PI regulatori mogu se kategorizirati u dvije vrste: serijski-tip PI regulatora i paralelni-tip PI regulatora. U ovom radu će se usporediti i analizirati ova dva tipa PI regulatora.
I. Serija PI regulatora
Serijski PI regulator odnosi se na proporcionalni link i integralni link u seriji, to jest, signal greške se prvo obrađuje proporcionalnim linkom, a zatim integralnim linkom.
Karakteristike serijskog tipa PI regulatora su:
1. Izlazi proporcionalnih i integralnih veza zbrajaju se kao izlaz regulatora. Stoga je izlaz serijskog PI regulatora proporcionalan veličini signala greške i obrnuto proporcionalan brzini promjene signala greške.
2. Proporcionalno pojačanje i integralno pojačanje serije PI regulatora mogu se podesiti neovisno, tako da se mogu prilagoditi prema stvarnim potrebama.
3. Brzina odziva PI regulatora serijskog tipa je brža, ali postoji fenomen prekoračenja. Kada je signal pogreške velik, izlaz kontrolera će se brzo povećati, što će rezultirati prebrzom brzinom odgovora kontroliranog objekta, pa čak i fenomenom prekoračenja.
II. PI regulator paralelnog tipa
Paralelni PI regulator odnosi se na proporcionalne i integralne veze koje su međusobno paralelno povezane, to jest, signal pogreške obrađuju proporcionalne i integralne veze u isto vrijeme.
PI regulator paralelnog tipa karakterizira:
1. Izlazi proporcionalnih i integralnih veza zbrajaju se kao izlaz regulatora. Stoga je izlaz paralelnog PI regulatora proporcionalan veličini signala greške i obrnuto proporcionalan brzini promjene signala greške.
2. Proporcionalno pojačanje i integralno pojačanje paralelnog PI regulatora mogu se podesiti neovisno, tako da se mogu prilagoditi prema stvarnim potrebama.
3. Brzina odziva PI regulatora paralelnog tipa je spora, ali nema fenomena prekoračenja. Budući da proporcionalne i integralne veze istodobno djeluju na signal pogreške, izlaz regulatora neće brzo rasti, izbjegavajući pojavu prebrze brzine odziva i fenomena prekoračenja kontroliranog objekta.
III. Usporedba serijskog-tipa PI regulatora i paralelnog-tipa PI regulatora
1. Brzina odziva:brzina odziva PI regulatora serijskog-tipa je brža, dok je brzina odziva PI regulatora paralelnog-tipa sporija. To je zato što su proporcionalne i integralne veze serijskog PI regulatora povezane serijski, a vrijeme obrade signala greške je kraće; dok su proporcionalni i integralni linkovi paralelnog PI regulatora spojeni paralelno te je vrijeme obrade signala greške dulje.
2. Fenomen prekoračenja:Serijski PI regulator ima fenomen prekoračenja, dok paralelni PI regulator nema fenomen prekoračenja. To je zato što kada je proporcionalno pojačanje serijskog PI regulatora veliko, to će dovesti do brzog povećanja izlaza regulatora, što će uzrokovati da brzina odziva kontroliranog objekta bude prebrza i javlja se fenomen prekoračenja; a kada je proporcionalno pojačanje paralelnog PI regulatora malo, može izbjeći ovu situaciju.
3. Stabilnost:stabilnost PI regulatora serijskog-tipa je loša, a stabilnost PI regulatora paralelnog tipa je bolja. To je zato što su proporcionalno pojačanje i integralno pojačanje PI regulatora tipa serije- neovisni, pa kada je proporcionalno pojačanje preveliko ili integralno pojačanje premalo, lako je uzrokovati nestabilnost sustava; i paralelni PI regulator proporcionalno pojačanje i integralno pojačanje međusobno utječu, mogu bolje osigurati stabilnost sustava.
4. Podešavanje parametara:Proporcionalno pojačanje i integralno pojačanje serijskog PI regulatora mogu se podesiti neovisno, dok se proporcionalno pojačanje i integralno pojačanje paralelnog PI regulatora također mogu podesiti neovisno. Međutim, zbog postojanja fenomena prekoračenja u serijskom PI regulatoru, potrebno je ograničiti proporcionalni dobitak u praktičnoj primjeni; dok paralelni PI regulator nema fenomen prekoračenja, tako da može biti fleksibilnije prilagoditi proporcionalno pojačanje i integralno pojačanje.
Ukratko, serijski PI regulator i paralelni PI regulator imaju svoje prednosti i nedostatke. U praktičnim primjenama, odgovarajuću vrstu treba odabrati prema karakteristikama kontroliranog objekta i zahtjevima upravljanja. Ako trebate brzi odziv i veliku točnost upravljanja, možete odabrati serijski PI regulator; ako vam je potrebna stabilna izvedba upravljanja i malo prekoračenje, možete odabrati paralelni PI regulator. Osim toga, učinak upravljanja može se dodatno poboljšati razumnim podešavanjem parametara i optimiziranim dizajnom.