தானியக்கத்தில் PID கட்டுப்பாட்டு நுட்பங்கள்

ஆட்டோமேஷனில் PID கட்டுப்பாட்டு நுட்பங்கள்

தொழில்துறை தன்னியக்க உலகில், ஒரு நிலையான மற்றும் இலக்கு சார்ந்த செயல்முறையைப் பராமரிப்பது ஒரு முதன்மைத் தேவையாகும். ஒரு அடுப்பின் வெப்பநிலையை ஒரு குறிப்பிட்ட மதிப்பில் பராமரிப்பது, ஒரு தொட்டியில் உள்ள திரவ மட்டத்தைப் பராமரிப்பது, ஒரு கன்வேயர் மோட்டாரின் வேகத்தை ஒழுங்குபடுத்துவது, அல்லது ஒரு நியூமேட்டிக் அமைப்பில் உள்ள அழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்துவது என இவை அனைத்திற்கும் ஒரு நம்பகமான கட்டுப்பாட்டு உத்தி தேவைப்படுகிறது. அதன் எளிமை, செயல்திறன் மற்றும் செயல்படுத்தும் சுலபம் ஆகியவற்றின் காரணமாக மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் நுட்பங்களில் ஒன்று PID (விகிதாசார-ஒருங்கிணைந்த-வகையீட்டு) கட்டுப்பாடு ஆகும். இந்தக் கட்டுரை PID-யின் அடிப்படைக் கருத்துக்கள் , அதன் ஒவ்வொரு கூறுகளும் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன, தன்னியக்கத்தில் அதன் பயன்பாடு மற்றும் உகந்த அமைப்புச் செயல்திறனுக்கான சரிசெய்தல் நடைமுறைகள் ஆகியவற்றை விவாதிக்கிறது.

PID கட்டுப்பாடு என்றால் என்ன?

PID என்பது ஒரு பின்னூட்டக் கட்டுப்பாட்டு நெறிமுறை ஆகும். இது, ஒரு குறிப்பு மதிப்புக்கும் (செட்பாயிண்ட்) அளவிடப்பட்ட மதிப்புக்கும் (செயல்முறை மாறி/PV) இடையேயான வேறுபாட்டின் அடிப்படையில் ஒரு கட்டுப்பாட்டு சமிக்ஞையைக் கணக்கிடுகிறது. இந்த வேறுபாடு பிழை என்று அழைக்கப்படுகிறது. அமைப்பானது அதிகப்படியாக அலைவுறுவதையோ அல்லது நிலையற்றதாக மாறுவதையோ ஏற்படுத்தாமல், பிழையை முடிந்தவரை விரைவாகக் குறைப்பதே PID கட்டுப்பாட்டின் நோக்கமாகும்.

பொதுவாக, ஒரு கட்டுப்படுத்தி, செயல்முறையைப் பாதிக்கும் ஒரு வெளியீட்டை (எ.கா., வால்வு திறப்பு, மோட்டார் மின்னழுத்தம், அல்லது PWM பணிச் சுழற்சி) உருவாக்கும். சென்சார்கள் அந்த வெளியீட்டைப் படித்து, அதை நிர்ணயிக்கப்பட்ட மதிப்புடன் ஒப்பிடுகின்றன. இந்தச் சுழற்சி ஒரு PLC , DCS, அல்லது உட்பொதிக்கப்பட்ட கட்டுப்படுத்தியில் தொடர்ச்சியாக நடைபெறுகிறது.

தொடர்ச்சியான வடிவ PID-யின் அடிப்படை சூத்திரம்:

u(t) = Kp e(t) + Ki ∫ e(t) dt + Kd · (de(t)/dt)

டிஜிட்டல் அமைப்புகளில் (பிஎல்சி-கள் போன்றவை), குறிப்பிட்ட மாதிரி எடுக்கும் நேரங்களின் அடிப்படையில் கணக்கீடுகள் தனித்தனியாகச் செய்யப்படுகின்றன.

PID கூறுகள்: P, I, மற்றும் D

1) விகிதாசார (P)
விகிதாசாரக் கூறு, தற்போதைய பிழையின் அளவுக்கு விகிதாசாரமான ஒரு துலங்கலை வழங்குகிறது. பிழை அதிகமாக இருந்தால், திருத்த வெளியீடும் அதிகமாக இருக்கும். இதன் நன்மை, வேகமான மற்றும் எளிமையான துலங்கல் ஆகும்.

இருப்பினும், P-மட்டும் கட்டுப்பாடு பொதுவாக ஒரு நிலைத்த பிழையை (அமைப்பு நிலைபெற்ற பிறகு எஞ்சியிருக்கும் பிழை) ஏற்படுத்துகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாட்டில், பிழை குறையும்போது P திருத்த விசை குறைவதால், வெப்பநிலை நிர்ணயிக்கப்பட்ட புள்ளிக்குச் சற்று கீழே தேங்கி நிற்கக்கூடும்.

முக்கிய அளவுரு: Kp (விகிதாசார ஆதாயம்)
– Kp மிகவும் குறைவு: மெதுவான பதில், பிழை மறைவதற்கு நீண்ட நேரம் ஆகும்.
– Kp மிகவும் பெரியது: மிகைமீறல் மற்றும் அலைவு ஏற்படும் அபாயம் உள்ளது.

2) தொகையீடு (I)
ஒருங்கிணைந்த கூறு, காலப்போக்கில் ஏற்படும் பிழைகளைக் கூட்டுகிறது. அதன் செயல்பாடு, நிலைத்த பிழைகளை நீக்குவதாகும்; ஏனெனில், பிழை பூஜ்ஜியத்தை நெருங்கும் வரை சிறிய பிழைகள் கூட வெளியீட்டைத் தொடர்ந்து செலுத்தும்.

இதிலுள்ள பாதகமான அம்சம் என்னவென்றால், இன்டெக்ரல்கள் மிகவும் தீவிரமாக இருந்தால், அவை எதிர்வினை வேகத்தைக் குறைத்து, ஓவர்ஷூட் அல்லது அலைவுகளை ஏற்படுத்தக்கூடும். மற்றொரு பொதுவான சிக்கல் இன்டெக்ரல் விண்டுஅப் ஆகும்; இதில், ஆக்சுவேட்டர் அதன் அதிகபட்ச/குறைந்தபட்ச வரம்பை (சாச்சுரேஷன்) அடையும்போது, ​​இன்டெக்ரல்கள் மிக அதிகமாக "உருவாக்கப்படுகின்றன".

முக்கிய அளவுருக்கள்: Ki (ஒருங்கிணைந்த ஆதாயம்) அல்லது சில நேரங்களில் Ti (ஒருங்கிணைந்த நேரம்) என வெளிப்படுத்தப்படுகிறது.
– Ki மிகவும் சிறியது: நிலைத்த பிழை மிக மெதுவாகவே மறைகிறது.
– கி அளவு மிக அதிகமாக இருந்தால்: அதிகப்படியான ஏற்ற இறக்கம், அலைவு, மற்றும் சுழன்று எழும் தன்மை ஏற்படும்.

3) வகைக்கெழு (D)
வகைக்கெழு கூறு, பிழையின் மாற்ற விகிதத்தைக் கருத்தில் கொண்டு அதன் போக்கைக் கணிக்கிறது. வகைக்கெழு கூறு, மிகைப்பாய்வைக் குறைக்கவும் நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்தவும் உதவும், குறிப்பாக. கணினியில் இது அலைவுறும் தன்மை கொண்டது.

இருப்பினும், வகைக்கெழுக்கள் உணரி இரைச்சலுக்கு மிகவும் உணர்திறன் கொண்டவை. இரைச்சல் மிகுந்த அளவீடுகளில், வகைக்கெழு வெளியீடில் நடுக்கத்தை ஏற்படுத்தக்கூடும். எனவே, திடீர் இலக்குப்புள்ளி மாற்றங்களின் விளைவுகளைத் தணிப்பதற்காக, வகைக்கெழு செயலாக்கங்கள் பெரும்பாலும் ஒரு வடிகட்டியுடன் (எ.கா., ஒரு தாழ்-அதிர்வெண் வடிகட்டி) இணைக்கப்படுகின்றன அல்லது பிழைக்குப் பதிலாக PV-இன் வகைக்கெழுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

முக்கிய அளவுருக்கள்: Kd (பெறு வழித்தோன்றல்) அல்லது Td (நேர வழித்தோன்றல்)
– Kd மிகவும் சிறியதாக இருப்பதால், தணிப்பு விளைவு அவ்வளவாகத் தெரிவதில்லை.
– Kd மிகவும் பெரியதாக இருந்தால்: வெளியீடு இரைச்சலுக்கு எளிதில் பாதிக்கப்படும், அமைப்பு அசௌகரியமாகவோ அல்லது நிலையற்றதாகவோ மாறக்கூடும்.

தானியக்கத்தில் PID ஏன் பிரபலமாக உள்ளது?

PID-கள் பல நடைமுறை காரணங்களுக்காகப் பிரபலமாக உள்ளன:

1. செயல்படுத்துவது எளிது: கிட்டத்தட்ட அனைத்து PLC-கள் மற்றும் DCS-களிலும் உள்ளமைக்கப்பட்ட PID செயல்பாட்டுத் தொகுதிகள் உள்ளன.
2. மிகவும் நெகிழ்வானது: பல செயல்முறைகளில் (வெப்பநிலை, மட்டம், பாய்வு, வேகம், அழுத்தம்) பயன்படுத்தலாம்.
3. விரிவான கணித மாதிரிகள் தேவையில்லை: மாதிரி அடிப்படையிலான கட்டுப்பாட்டைப் போலல்லாமல், PID-ஐ ஒரு சோதனை அணுகுமுறையைப் பயன்படுத்தி சரிசெய்ய முடியும்.
4. பெரும்பாலான தொழில்துறை தேவைகளுக்குப் போதுமான செயல்திறன்: பல செயல்முறைகளுக்கு, PID குறைந்த செலவில் “போதுமானதாக” உள்ளது.

இருப்பினும், PID என்பது எல்லாச் சூழல்களுக்கும் ஒரு தீர்வு அல்ல—உதாரணமாக, அதிக நேரியல் அல்லாத செயல்முறைகள், நீண்ட தாமத நேரங்களைக் கொண்டவை, அல்லது வலுவாக இடைவினை புரியும் பன்மாறிகளைக் கொண்ட செயல்முறைகள். இந்தச் சூழ்நிலைகளில், மேம்பட்ட கட்டுப்பாடு (எ.கா., MPC) சில நேரங்களில் மிகவும் பொருத்தமானதாக இருக்கும்.

தொழில்துறையில் PID பயன்பாடுகளின் எடுத்துக்காட்டுகள்

1. வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு (ஹீட்டர்/அவன்/பாய்லர்)
PV: தெர்மோகப்பிளின்/RTD-யின் வெப்பநிலை
வெளியீடு: ஹீட்டர் சக்தி (SSR/தைரிஸ்டர்) அல்லது நீராவி வால்வு திறப்பு
சவால்கள்: வெப்ப மந்தநிலை மற்றும் செயலற்ற நேரம்.

2. தொட்டியின் அளவைக் கட்டுப்படுத்தவும்
PV: திரவ மட்டம் (மீயொலி/அழுத்த செலுத்தி)
வெளியீடு: உள்ளீட்டு வால்வு திறப்பு அல்லது பம்பின் வேகம்
சவால்கள்: வெளிப்பாய்வினால் ஏற்படும் இடையூறுகள் மற்றும் அடர்த்தி மாற்றங்கள்.

3. மோட்டார் வேகக் கட்டுப்பாடு
PV: என்கோடர்/டாக்கோமீட்டரின் RPM
வெளியீடு: VFD/செர்வோ டிரைவிற்கான சிக்னல்
சவால்கள்: மாறும் சுமைகள், உராய்வு மற்றும் இயந்திர நிலைமம்.

4. அழுத்தக் கட்டுப்பாடு
PV: அழுத்த டிரான்ஸ்மிட்டர்
வெளியீடு: வால்வு ஆக்சுவேட்டர் அல்லது கம்ப்ரசர்
சவால்கள்: வாயுவின் அமுக்கத்தன்மை மற்றும் குழாய்வழி இயக்கவியல்.

PID ட்யூனிங் கொள்கை (ட்யூனிங்)

சரிசெய்தல் என்பது, ஒரு அமைப்பு அதன் செயல்திறன் அளவுகோல்களான குறிநிலையை விரைவாக அடைதல், குறைந்தபட்ச மிகைமீறல், நிலைத்தன்மை மற்றும் இடையூறுகளைத் தாங்கும் திறன் ஆகியவற்றை அடையும் வகையில் Kp, Ki, மற்றும் Kd மதிப்புகளைத் தேர்ந்தெடுக்கும் ஒரு செயல்முறையாகும்.

பல பொதுவான சரிசெய்தல் முறைகள் உள்ளன:

1) கைமுறை சரிசெய்தல் (முயற்சி மற்றும் பிழை)
களத்தில் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படும் நடைமுறை அணுகுமுறைகள்:

– Ki = 0 மற்றும் Kd = 0 என்பதில் இருந்து தொடங்குகிறது.
– துலங்கல் வேகமாக இருக்கும் வரை, ஆனால் அது அதிகப்படியாக அலைவுறாத வரை Kp-ஐ அதிகரிக்கவும்.
– நிலைத்த சமநிலைப் பிழையை நீக்க, Ki-ஐ மெதுவாகச் சேர்க்கவும்.
மிகைமீறலையும் அலைவுகளையும் குறைக்க, தேவைப்பட்டால் Kd-ஐச் சேர்க்கவும்.

கைமுறையாகச் சரிசெய்வதன் முக்கிய அம்சம் என்னவென்றால், சிறிய மாற்றங்களைச் செய்வது, படிநிலை எதிர்வினையை (நிர்ணயிக்கப்பட்ட புள்ளி மாற்றம் அல்லது இடையூறு) கவனிப்பது, மற்றும் அமைப்பு பாதுகாப்பாக இருப்பதை உறுதி செய்வதாகும்.

2) ஸீக்லர்-நிக்கோல்ஸ் (அலைவு முறை)
பாரம்பரிய முறை: அமைப்பு நிலையாக அலைவுறும் வரை (இறுதி ஆதாயம்) Kp-ஐ அதிகரித்து, அலைவுக் காலத்தைப் பதிவுசெய்து, பின்னர் ஒரு அட்டவணையிலிருந்து PID அளவுருக்களைக் கணக்கிடுவது. இந்த முறை வேகமானது, ஆனால் பெரும்பாலும் பெரிய மிகைப்பாய்வுகளை உருவாக்குவதால், இது நுட்பமான செயல்முறைகளுக்கு எப்போதும் பொருத்தமானதாக இருப்பதில்லை.

3) நவீன கட்டுப்படுத்திகளில் தானியங்கி சரிசெய்தல்
பல பிஎல்சிக்கள்/வெப்பநிலைக் கட்டுப்பாட்டுக் கருவிகள் தானாகவே சரிசெய்யும் அம்சங்களை வழங்குகின்றன. பொதுவாக, இந்தக் கருவி ஒரு சோதனை சமிக்ஞையை வழங்கி, செயல்முறையின் பிரதிபலிப்பைக் கண்டறிந்து, பின்னர் ஆரம்ப பிஐடி அளவுருக்களைக் கணக்கிடும். இதன் முடிவுகள் பொதுவாக ஒரு தொடக்கப் புள்ளியாகப் போதுமானதாக இருக்கும், ஆனால் செயல்முறைத் தேவைகளின் அடிப்படையில் அவற்றில் சரிசெய்தல்கள் தேவைப்படலாம்.

டிஜிட்டல் PID செயல்படுத்தலில் உள்ள முக்கியமான விஷயங்கள்

1. மாதிரி எடுக்கும் நேரம் (Ts)
மிக மெதுவாக மாதிரியெடுப்பது, கட்டுப்பாடு மெதுவாக செயல்படக் காரணமாகலாம். மிக வேகமாக மாதிரியெடுப்பது இரைச்சலைப் பெருக்கி, CPU-ஐ அதிக சுமையாக்கிவிடும். செயல்முறை இயக்கவியலுக்கு ஏற்ப Ts-ஐத் தேர்ந்தெடுக்கவும்: வேகமான செயல்முறைகளுக்குச் சிறிய Ts தேவைப்படும், அதே சமயம் மெதுவான செயல்முறைகள் பெரிய Ts-ஐப் பயன்படுத்தலாம்.

2. வெளியீட்டு செறிவூட்டல் மற்றும் எதிர்-சுழற்சி
வெளியீடு ஒரு வரம்பை (எ.கா., 0–100%) அடையும்போது, ​​தொகையீடு தொடர்ந்து வளர்ந்து, அமைப்பு இயல்பு நிலைக்குத் திரும்பும்போது மிகைப்பாய்வை (overshoot) ஏற்படுத்தக்கூடும். எதிர்-சுழற்சி (Anti-windup) தேவையற்ற தொகையீடுகள் குவிவதைத் தடுக்கிறது.

3. வழித்தோன்றல்கள் மற்றும் PV க்கான வடிகட்டுதல்
சென்சார்களில் பெரும்பாலும் இரைச்சல் இருக்கும். குறிப்பாக D கூறுகள் பயன்படுத்தப்படும்போது, ​​ஒரு லோ-பாஸ் ஃபில்டர் உதவுகிறது.

4. செட்பாயிண்ட் ரேம்ப்/மென்மையான தொடக்கம்
செட்பாயிண்டில் ஏற்படும் திடீர் மாற்றங்கள் ஓவர்ஷூட்டைத் தூண்டக்கூடும். செட்பாயிண்ட்டை படிப்படியாக உயர்த்துவது, இந்த மாற்றத்தை மென்மையாக்குகிறது.

பொதுவான செயல்திறன் அளவுகோல்கள் மதிப்பிடப்பட்டன

தானியக்கத்தில், PID ட்யூனிங் பொதுவாக பின்வருவனவற்றின் கலவையைப் பின்பற்றுகிறது:
– விரைவான எழுச்சி நேரம் (குறித்த வெப்பநிலையை அடைய ஆகும் எழுச்சி நேரம்).
– சிறிய அளவு மீறல் (நிர்ணயிக்கப்பட்ட அளவைத் தாண்டி மிக அதிகமாகச் செல்லாது).
– குறுகிய நிலைபெறும் நேரம் (விரைவில் நிலைபெறும்).
குறைந்தபட்ச நிலைத்தன்மைப் பிழை.
– நல்ல உறுதித்தன்மை (சுமை மாற்றங்கள்/சீர்குலைவுகள் ஏற்படும்போதும் நிலையாக இருக்கும்).

எல்லாவற்றையும் ஒரே நேரத்தில் உகந்ததாக்க முடியாது. உதாரணமாக, மிக வேகமான எழுச்சி நேரங்களை அடைய முயற்சிப்பது பெரும்பாலும் மிகைப்பாய்வை (overshoot) அதிகரிக்கிறது. எனவே, சரிசெய்தல் என்பது பாதுகாப்பு, தயாரிப்புத் தரம், ஆற்றல் திறன் அல்லது செயல்பாட்டு வசதி போன்ற செயல்முறை முன்னுரிமைகளைப் பொறுத்தது.

மூடுகிறது

ஒப்பீட்டளவில் எளிமையான செயலாக்கத்தின் மூலம் செயல்முறைகளைத் திறம்படக் கட்டுப்படுத்தும் திறன் காரணமாக, PID கட்டுப்பாட்டு நுட்பங்கள் பல தானியங்கு அமைப்புகளின் முதுகெலும்பாக விளங்குகின்றன. P, I, மற்றும் D கூறுகளின் பங்குகளைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலமும், ஆன்டி-வைண்ட்அப், வடிகட்டுதல், மற்றும் மாதிரியெடுத்தல் நேரம் போன்ற நல்ல சரிசெய்தல் மற்றும் செயலாக்க நடைமுறைகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலமும், PID ஆனது பரந்த அளவிலான தொழில்துறைப் பயன்பாடுகளில் நிலையான, பதிலளிக்கக்கூடிய, மற்றும் பிழைகளைத் தாங்கக்கூடிய செயல்திறனை வழங்க முடியும் . மிகவும் அதிநவீன நவீன கட்டுப்பாட்டு முறைகள் கிடைத்தபோதிலும், அதன் செயல்திறன், எளிமை மற்றும் செலவு ஆகியவற்றின் சிறந்த சமநிலை காரணமாக, பல செயல்முறைகளுக்கு PID விரும்பப்படும் தேர்வாகவே உள்ளது.

நீங்கள் விரும்பினால், இந்தக் கட்டுரையை ஒரு குறிப்பிட்ட சூழலுக்கு ஏற்ப என்னால் மாற்றியமைக்க முடியும் (எ.கா. சீமென்ஸ்/ஓம்ரான் பிஎல்சி-யில் பிஐடி, எஸ்எஸ்ஆர்-களைக் கொண்டு வெப்பநிலை கட்டுப்பாடு, அல்லது மோட்டார்/தொட்டி மட்ட அமைப்பிற்கான சரிசெய்தல் கணக்கீடுகளின் எடுத்துக்காட்டு).