Inden for industriel automatiseringskontrol er PID-kontrolsløjfer meget brugt. Men under drift støder vi ofte på forskellige typer af svingninger, såsom i-faseoscillation, ud-af-faseoscillation og ikke-glat svingning. Disse problemer fører ikke kun til systemustabilitet, men kan også kompromittere sikkerheden og effektiviteten af hele produktionsprocessen. Denne artikel vil diskutere karakteristikaene ved disse tre typer af oscillation og de tilsvarende modforanstaltninger til reference.
I. I-faseoscillation
I-faseoscillation udviser procesvariablen og controlleroutput de samme stignings-, fald- og inflektionspunkter; de to kurver er ens eller symmetriske. Denne type oscillation er ofte forårsaget af eksterne forstyrrelser eller overdreven proportional forstærkning.
Løsning:Prøv at reducere den proportionale forstærkning med en-tredjedel, og se, om svingningen forværres. Hvis oscillationen forværres, indikerer dette, at problemet sandsynligvis ikke skyldes forkerte PID-parametre, men snarere eksterne forstyrrelser. I dette tilfælde anbefales det at gendanne parametrene og identificere kilden til forstyrrelsen til tuning. Hvis oscillationen er i-fase og forårsaget af overdreven proportional forstærkning, vil en reduktion af den proportionale forstærkning med en-tredjedel ofte eliminere oscillationen.
II. Ude-af-faseoscillation
I ud-af-faseoscillation udviser procesvariablen og PID-controllerens output et par spidser og lavpunkter, hvor de to kurver stiger og falder i modsatte faser. Denne type oscillation er uden tvivl forårsaget af overdreven integral
Løsning:Prøv at indstille integraltiden til en værdi, der matcher oscillationsperioden. For selv-afbalancerede systemer vil en reduktion af den proportionelle forstærkning med en-tredjedel eliminere ud-af-faseoscillationer, selvom ydeevnen i lukket-sløjfe kan blive lidt forringet. Men for integratorsystemer kan reduktion af den proportionale forstærkning resultere i mere alvorlige, lavere-frekvens ud-af-faseoscillationer.
III. Ikke-glat svingning
I ikke-glat svingning udviser procesvariablen og controlleroutput en firkantbølge og en savtandsbølge. Denne type oscillation er ofte forårsaget af reguleringsventilens ulinearitet.
Løsning:Løsning af ikke-glatte svingninger kræver typisk justering af kontrolventilen, herunder smøring, løsnelse af pakningen, udretning af ventilstammen, justering af de manuelle ventiler eller bypass, justering af positioneringsparametrene og udskiftning af ventilen. I sådanne tilfælde er tuning af PID-parametrene ofte nyttesløs og kan rejse tvivl om gyldigheden af tuningmetoden.
IV. Konklusion og anbefalinger
Når vi løser oscillationsproblemer i PID automatiske kontrolsløjfer, bør vi først overveje at reducere den proportionelle forstærkning, da dette er den foretrukne metode til at løse både i-fase og ud{1}}af-faseoscillationer. For selvbalancerende-systemer er PI-styring enkel, effektiv, robust og bredt anvendelig; det er et glimrende valg, når maksimal ydeevne ikke er en prioritet. For selv-balancerende systemer, hvor topydelse ikke er en prioritet, er PI-styring enkel, effektiv, robust og bredt anvendelig. Det er også derfor, at PI-styring er så udbredt i industrien. Den ultimative ydeevne af en PI-controller afhænger af den tilgængelige modelinformation for det kontrollerede objekt. For yderligere at overgå den ultimative lukkede sløjfe-ydeevne forbedrer ingeniører ofte systemarkitekturen-for eksempel ved at implementere kaskadekoblet feedforward eller endda opgradere udstyr. Akademisk forfiner forskere ofte PID-algoritmer og kompenserer for hardwarebegrænsninger med bedre algoritmer. Sådanne krav møder man sjældent i den faktiske produktion; oftere er fokus på at adressere svingninger forårsaget af urimelige parametre og utilstrækkelig forstyrrelsesafvisning. Den udbredte brug af enkelt-sløjfekontrol i marken indikerer også, at der stadig er betydelig plads til forbedringer inden for automatisering! Uanset om det drejer sig om enkelt-sløjfeydelse, udnyttelse af ventilposition og sætpunktsfleksibilitet eller optimering af multi-variable koordinering og begrænsninger, er PID-tuning kun en del af arbejdet. For yderligere at øge sikkerheden og effektiviteten bør proceskontrol fokusere mere på disse områder.
I processtyring er præcise modeller svære at opnå, og ren forsinkelse er et almindeligt fænomen. Det kan være grunden til, at PID, på trods af den konstante fremkomst af nye algoritmer, forbliver altid-populær inden for processtyring. PID, når det kombineres med feedback, er usædvanligt kraftfuldt! Når først dette er anerkendt, bliver den specifikke tuning-metode mindre vigtig; Det er langt mere afgørende at forstå de grænser, der påvirker ydeevnen i lukket-sløjfe og PID's muligheder.