Три грани PID

В отрасли управления технологическими процессами доминируют пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы , однако даже у этих замечательных компонентов есть свои ограничения. Поведение PID петли трудно понять, что-то, что ухудшается всякий раз, когда возникает ошибка, и требуется устранение неполадок. Тем не менее, технические специалисты и инженеры стремятся добиться согласованности между тремя строительными блоками контроллера, т. е. пропорциональными, интегральными и производными действиями.

Когда контроллеры были впервые представлены, они были только пропорциональными, и хотя это делало их простыми для понимания, вскоре они уже не могли обрабатывать ошибки. Эти контроллеры, как правило, отключались слишком рано всякий раз, когда необходимо было устранить ошибки между переменной процесса и заданным значением. Это привело к добавлению интегрального действия к ранее существовавшему «пропорциональному контроллеру».

Интегральное действие

Вскоре операторы обнаружили, что они могут компенсировать падение, вызванное ослаблением пропорционального действия, путем ручного добавления смещения к управляющему усилию, достаточного для преодоления крошечного разрыва между переменной процесса и заданным значением. Это стало известно как «сброс» цикла.

Сначала операторам было поручено выполнить этот «сброс», однако вскоре был введен автоматический сброс, устранивший задержку, возникающую из-за ручного вмешательства. Сегодня этот автоматический сброс называется интегральным действием, а коэффициент усиления, определяющий величину требуемой реакции, иногда называют «скоростью сброса». Пока переменная процесса и заданное значение различаются, высокая скорость сброса имеет тенденцию подталкивать контроллер к активному усилию управления. . Но вот в чем дело:интегральное действие продолжает расти до тех пор, пока остается ошибка, в отличие от пропорционального действия, которое имеет тенденцию затухать по мере того, как ошибка минимизируется.

Это может показаться благоприятным, но на самом деле имеет свои проблемы. Например, если контролируемый процесс вялый, то ошибка исчезнет через некоторое время, а контроллер предпримет агрессивные интегральные действия для ее устранения. Если оператор устанавливает слишком высокую скорость сброса, контроллер чрезмерно компенсирует ошибку, что приводит к еще большей ошибке в отрицательном направлении, что приводит к циклам поиска вперед и назад, пока ошибка не будет полностью устранена.

Сбросить запуск

Интегральное действие лучше всего подходит для приложений, в которых процесс имеет исполнительный механизм, который слишком мал, чтобы обеспечить большое усилие управления. Например, если клапан слишком мал для создания достаточно высокого расхода, когда горелка недостаточно велика для обеспечения достаточного количества тепла и т. д. Всякий раз, когда возникают такие ситуации, говорят, что исполнительный механизм насыщается на каком-то ограничивающем клапане.

Это насыщение в конечном итоге приводит к положительным ошибкам между заданным значением и переменной процесса. Интегральное действие продолжает быть более агрессивным, но привод является узким местом и не позволяет исправить ошибку. За то время, пока привод будет зависать на 100 %, общая интегральная ошибка достигнет огромного значения. Это переведет контроллер в состояние отсутствия реакции и не позволит оператору исправить ошибку, уменьшив уровень заданного значения до достижимого диапазона.

Было разработано и внедрено несколько решений для защиты контроллера от перезапуска при сбросе, причем большинство из них связано с отключением интегратора.

Производное действие

Производное действие ПИД-регулятора действует как смешанное благо, уменьшая усилие управления пропорционально скорости изменения ошибки, так что снижение переменной процесса до заданного значения может быть замедлено. Это уменьшает вероятность промаха и охоты . Но если производное действие происходит слишком агрессивно, оно само по себе может вызвать охоту. Этот эффект обычно наблюдается в процессах, быстро реагирующих на действия контроллера, т.е. моторы и робототехника.

Производное действие также может добавить внезапный всплеск к усилию управления всякий раз, когда ошибка резко изменяется. Это приводит к срабатыванию контроллера еще до того, как пропорциональная или интегральная часть ПИД-регулятора сможет вступить в действие. По сравнению с двухчленным ПИ-регулятором полный трехчленный ПИД-регулятор может предвидеть уровень усилий, которые потребуются для поддержания постоянной переменной процесса.

Хотя такое предиктивное управление полезно в одних приложениях, в других оно нецелесообразно. Например, струя горячего воздуха будет неудобна для обитателей помещения или, в промышленных масштабах, стены печи.

Исправлено

Современные ПИД-регуляторы призваны решить все эти проблемы. Некоторые общие черты современных ПИД-регуляторов включают:

• Сбросить защиту от переполнения
• Калькулятор производных действий
• Фильтрация шума

Один конкретный метод, который значительно повысил точность ПИД-регулятора. это настройка петли. Это само по себе является искусством выбора соответствующих значений для пропорционального, интегрального и дифференциального усиления, что обеспечивает быструю реакцию на изменения переменных процесса. Этот метод был дополнен многочисленными методологиями, а также поддерживается множеством пакетов программного обеспечения для обеспечения максимальной стабильности в системе.

Хотите узнать больше? Поговорите с одним из наших специалистов на PanelShop.com. .

Профилактическое обслуживание двигателя для выживания Экономия времени и материалов ведет к экономии затрат