PID קאָנטראָל טעקניקס אין אויטאָמאַציע

פּיד קאָנטראָל טעקניקס אין אויטאָמאַציע

אין דער וועלט פון אינדוסטריעלער אויטאמאציע, איז אויפהאלטן א סטאבילן און צילגעריכטעטן פראצעס א הויפט פארלאנג. צי עס איז אויפהאלטן אן אויוון טעמפעראטור ביי א ספעציפישן ווערט, אויפהאלטן א פליסיקייט לעוועל אין א טאנק, רעגולירן די שנעלקייט פון א קאנווייער מאטאר, אדער קאנטראלירן דעם דרוק אין א פּנעוומאטישן סיסטעם - אלע דארפן א פארלעסליכע קאנטראל סטראטעגיע. איינע פון ​​די מערסט גענוצטע טעכניקעס צוליב איר פּשוטקייט, עפעקטיווקייט, און גרינגקייט פון אימפלעמענטאציע איז PID (פראפארציאנעל-אינטעגראל-דעריוואטיוו) קאנטראל. דער ארטיקל דיסקוטירט די גרונטלעכע קאנצעפטן פון PID, ווי יעדער קאמפאנענט ארבעט, איר אנווענדונג אין אויטאמאציע, און טונינג פראקטיקעס פאר אפטימאלע סיסטעם פאָרשטעלונג.

וואָס איז PID קאָנטראָל?

PID איז אַ פֿידבעק קאָנטראָל אַלגעריטם וואָס רעכנט אַ קאָנטראָל סיגנאַל באַזירט אויף דעם חילוק צווישן אַ רעפֿערענץ ווערט (סעטפּוינט) און אַ געמאָסטן ווערט (פּראָצעס וועריאַבל/PV). דער חילוק ווערט גערופֿן דער פֿעלער. די ציל פֿון PID קאָנטראָל איז צו מינימיזירן דעם פֿעלער אַזוי שנעל ווי מעגלעך אָן צו פֿאַראורזאַכן דעם סיסטעם צו אָסצילירן איבערגעטריבן אָדער ווערן נישט סטאַביל.

בכלל, וועט א קאנטראלער פראדוצירן אן אויסגאבע (למשל, ווענטיל עפענונג, מאטאר וואלטאזש, אדער PWM דיוטי ציקל) וואס ווירקט אויף דעם פראצעס. סענסארן לייענען די אויסגאבע און פארגלייכן עס מיטן סעטפוינט. דער ציקל גייט ווייטער קאנטינעווירלעך אין א PLC , DCS, אדער איינגעבויטע קאנטראלער.

גרונט־פאָרמולע פֿון קאָנטינויִערלעכער פֿאָרעם PID:

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

אין דיגיטאַלע סיסטעמען (ווי PLCs), ווערן קאַלקולאַציעס דורכגעפירט דיסקרעט באַזירט אויף געוויסע סאַמפּלינג צייטן.

PID קאָמפּאָנענטן: P, I, און D

1) פּראָפּאָרציאָנעל (P)
די פּראָפּאָרציאָנעלע קאָמפּאָנענט גיט אַ רעאַקציע פּראָפּאָרציאָנעל צו דער גרייס פון דעם איצטיקן טעות. אויב דער טעות איז גרויס, וועט די קאָרעקציע רעזולטאַט אויך זיין גרויס. דער מייַלע איז אַ שנעלע און פּשוטע רעאַקציע.

אבער, נאָר-פּ קאָנטראָל לאָזט בכלל איבער אַ סטאַביל-צושטאַנד טעות (דער טעות וואָס בלייבט נאָך דעם ווי די סיסטעם האט זיך סטאַביליזירט). למשל, אין טעמפּעראַטור קאָנטראָל, קען די טעמפּעראַטור זיך אָפּשטעלן אַ ביסל אונטערן סעטפּוינט ווייל די פּ קערעקציע קראַפט פאַרקלענערט זיך ווען דער טעות פאַרקלענערט זיך.

שליסל פּאַראַמעטער: Kp (פּראָפּאָרציאָנעלער געווינס)
– Kp צו קליין: לאנגזאמע רעאקציע, לאנגע צייט צו פארשווינדן טעות.
– Kp איז צו גרויס: ריזיקע פון ​​איבערשיסן און אסצילאציע.

2) אינטעגראל (I)
דער אינטעגראלער קאמפאנענט סומעט די טעותים איבער צייט. איר פונקציע איז צו עלימינירן סטאַבילע טעותים, ווייל אפילו קליינע טעותים וועלן ווייטער טרייבן דעם רעזולטאַט ביז דער טעות דערנענטערט זיך צו נול.

דער חסרון איז אז אינטעגראלן קענען פארלאנגזאמען די רעאקציע און מעגליך שאפן איבערשוס אדער אסצילאציע אויב זיי זענען צו אגרעסיוו. נאך א קלאסישע פראבלעם איז אינטעגראל ווינדאפ, וואו די אינטעגראלן "בויען זיך אויף" צו שטארק ווען דער אקטואטאר דערגרייכט זיין מאקסימום/מינימום לימיט (זעטיקונג).

שליסל פּאַראַמעטערס: Ki (אינטעגראַל געווינס) אדער מאל אויסגעדריקט ווי Ti (אינטעגראַל צייט)
– Ki איז צו קליין: סטאַביל-צושטאַנד טעות פֿאַרשווינדט זייער פּאַמעלעך.
– קי צו גרויס: הויך אָוווערשאָאָט, אָסצילאַציע, און נוטה צו ווינדאַפּ.

3) דעריוואַטיוו (D)
די דעריוואַטיווע קאָמפּאָנענט פאָרויסזאָגט די טעות טרענד דורך קוקן אויף איר ראַטע פון ​​ענדערונג. ד קען העלפֿן פאַרמינערן אָוווערשוט און פֿאַרבעסערן פעסטקייט, ספּעציעל אויף דעם סיסטעם וואָס טענדירט צו אָסצילירן.

אבער, דעריוואטיוון זענען זייער סענסיטיוו צו סענסאר ראַש. אין ראַשיקע מעסטונגען, קען D פאַראורזאַכן דעם רעזולטאַט צו דזשיטערן. דעריבער, ווערן D אימפּלעמענטאַציעס אָפט באַגלייט מיט אַ פילטער (למשל, אַ נידעריק-פּאַס פילטער) אָדער געווענדט ווי אַ דעריוואַט פון די PV (אַנשטאָט די טעות) צו פֿאַרמינדערן די ווירקונגען פון פּלוצעמדיקע סעטפּוינט ענדערונגען.

שליסל פּאַראַמעטערס: Kd (געווינס דעריוואַט) אָדער Td (צייט דעריוואַט)
– Kd איז צו קליין: דער דאַמפּינג ווירקונג איז ווייניקער באַמערקבאַר.
– Kd איז צו גרויס: די אויסגאבע איז סענסיטיוו צו גערויש, די סיסטעם קען ווערן אומבאקוועם אדער נישט סטאביל.

פארוואס איז PID פאפולער אין אויטאמאציע?

פּידיס זענען פּאָפּולער פֿאַר עטלעכע פּראַקטישע סיבות:

1. גרינג צו אימפלעמענטירן: כּמעט אַלע PLCs און DCSs האָבן איינגעבויטע PID פונקציע בלאָקס.
2. גאַנץ פלעקסיבל: קען גענוצט ווערן אין פילע פּראָצעסן (טעמפּעראַטור, לעוועל, פלוס, גיכקייט, דרוק).
3. פארלאנגט נישט קיין דעטאלירטע מאטעמאטישע מאדעלן: אנדערש ווי מאדעל-באזירט קאנטראל, קען PID ווערן איינגעשטעלט ניצנדיג אן עקספערימענטאלן צוגאנג.
4. גענוגנדיקע פאָרשטעלונג פֿאַר רובֿ אינדוסטריעלע באַדערפענישן: פֿאַר פילע פּראָצעסן, איז PID "גוט גענוג" מיט נידעריקע קאָסטן.

אבער, PID איז נישט א לייזונג פאר אלע פעלער—למשל, אין שטארק נישט-לינעארע פראצעסן, יענע מיט גרויסע טויטע צייטן, אדער פראצעסן מיט שטארק אינטעראקטיווע מולטי-וועריאַבלען. אין די סיטואציעס, איז פארגעשריטענע קאנטראל (למשל, MPC) מאנchmal מער פאסיג.

ביישפילן פון PID אַפּליקאַציעס אין אינדוסטריע

1. טעמפּעראַטור קאָנטראָל (הייצער/אויוון/בוילער)
PV: טעמפּעראַטור פון טערמאָקאָפּל/RTD
אַרויסגאַנג: כיטער מאַכט (SSR/טיריסטאָר) אָדער דאַמף ווענטיל עפן
טשאַלאַנדזשיז: טערמישע אינערציע און טויטע צייט.

2. קאנטראלירן דעם טאנק לעוועל
PV: פליסיק לעוועל (ולטראַסאָניק/דרוק טראַנסמיטער)
רעזולטאַט: אַרייַנגאַנג ווענטיל עפן אָדער פּאָמפּע גיכקייַט
שוועריקייטן: שטערונגען פון אויספלוס און געדיכטקייט ענדערונגען.

3. מאָטאָר גיכקייט קאָנטראָל
PV: RPM פון דעם ענקאָדער/טאַטשאָמעטער
רעזולטאַט: סיגנאַל צו VFD/סערוואָ דרייוו
אַרויסרופן: ענדערונגען אין לאָודז, רייַבונג, און מעכאַנישע אינערציע.

4. דרוק קאָנטראָל
PV: דרוק טראַנסמיטער
רעזולטאַט: ווענטיל אַקטואַטאָר אָדער קאָמפּרעסאָר
טשאַלאַנדזשיז: גאַז קאַמפּרעסאַביליטי און רערנ - ליניע דינאַמיק.

פּיד טונינג פּרינציפּ (טונינג)

טונינג איז דער פּראָצעס פון אויסקלייבן Kp, Ki, און Kd ווערטן אַזוי אַז די סיסטעם זאָל טרעפן די פאָרשטעלונג קריטעריאַ: שנעל צו דערגרייכן סעטפּוינט, מינימאַל אָוווערשוט, סטאַביל, און קעגנשטעליק צו שטערונגען.

עס זענען עטלעכע געוויינטלעכע טאַנינג מעטאָדן:

1) מאַנועלע טונינג (פּראָבע און טעות)
פּראַקטישע צוגאַנגען וואָס ווערן אָפט גענוצט אין דעם פעלד:

– אָנהייבנדיק פֿון Ki = 0 און Kd = 0.
– פֿאַרגרעסערן Kp ביז די רעאַקציע איז שנעל, אָבער נאָך נישט צו אָסצילירנדיק.
– לייג צו Ki שטייטליך צו עלימינירן סטאַביל-צושטאנד טעות.
– לייג צו Kd אויב נייטיק צו רעדוצירן אָוווערשאָאָט און אָסצילאַציע.

דער שליסל צו מאַנועלער טונינג איז צו מאַכן קליינע ענדערונגען, באַאָבאַכטן די שריט-רעאַקציע (סעטפּוינט ענדערונג אָדער שטערונג), און זיכער מאַכן אַז די סיסטעם בלייבט זיכער.

2) זיגלער-ניקאלס (אסצילאציע מעטאד)
די קלאַסישע מעטאָדע: פֿאַרגרעסערן Kp ביז די סיסטעם אָסצילירט סטאַביל (לעצטיקער געווינס), רעקאָרדירן די אָסצילאַציע פּעריאָדע, און דערנאָך רעכענען די PID פּאַראַמעטערס פֿון אַ טאַבעלע. די מעטאָדע איז שנעל, אָבער אָפֿט פּראָדוצירט גרויסע אָוווערשוץ, אַזוי עס איז נישט שטענדיק פּאַסיק פֿאַר סענסיטיווע פּראָצעסן.

3) אויטאָ-טונינג אויף מאָדערנע קאָנטראָולערס
פילע PLCs/טעמפּעראַטור קאָנטראָולערס פאָרשלאָגן אויטאָ-טונינג פֿעיִקייטן. טיפּישערווייַז וועט דער מיטל צושטעלן אַ טעסט סיגנאַל, ידענטיפיצירן די פּראָצעס ענטפער, און דערנאָך רעכענען די ערשטע PID פּאַראַמעטערס. די רעזולטאַטן זענען געוויינטלעך גוט גענוג ווי אַ סטאַרטינג פונט, אָבער זיי קען דאַרפן אַדזשאַסטמאַנץ באזירט אויף פּראָצעס רעקווירעמענץ.

וויכטיקע זאכן אין דיגיטאַל PID ימפּלעמענטאַציע

1. מוסטערונג צייט (Ts)
צו לאנגזאם סעמפלען קען פאראורזאכן אז די קאנטראל זאל רעאגירן לאנגזאם. צו שנעל סעמפלען קען פארשטארקן ראַש און איבערלאסטן די סי-פי-יו. קלייבט טי-עס לויט די פראצעס דינאמיק: שנעלע פראצעסן פארלאנגען א קליינע טי-עס, בשעת לאנגזאמע פראצעסן קענען ניצן א גרעסערע טי-עס.

2. רעזולטאַט זעטיקונג און אַנטי-ווינדאַפּ
ווען די אויסגאבע דערגרייכט א גרענעץ (למשל, 0–100%), קען דער אינטעגראל ווייטער וואקסן און פאראורזאכן איבערשוס ווען די סיסטעם קערט זיך צוריק צו נארמאל. אנטי-ווינדאפ פארמיידט אומנייטיקע אקומולאציע פון ​​אינטעגראלן.

3. פילטערירן פֿאַר דעריוואַטיוון און PV
סענסארן האבן אפט ראַש. א נידעריק-פּאַס פילטער העלפט, ספּעציעל ווען מען ניצט D קאָמפּאָנענטן.

4. סעטפּוינט ראַמפּע/ווייכער אָנהייב
פּלוצעמדיקע ענדערונגען אין סעטפּוינט קענען פאַראורזאַכן אָוווערשוט. ראַמפּינג דעם סעטפּוינט מאַכט דעם איבערגאַנג גלאַטער.

געמיינזאַמע פאָרשטעלונג קרייטיריאַ אַססעססעד

אין אויטאמאציע, PID טונינג גייט טיפיש נאך א קאמבינאציע פון:
– שנעלע אויפשטייג צייט (אויפשטייג צייט ביז סעטפונקט).
– קליינע איבערשוס (גייט נישט צו ווייט אריבער דעם סעטפונקט).
– קורצע זעצונג צייט (שנעל סטאַביליזירט).
– מינימאַלער סטאַביל-שטאַט טעות.
– גוטע ראָובאַסטנאַס (בלייבט סטאַביל אפילו ווען עס זענען ענדערונגען אין לאַסט/שטערונגען).

נישט אַלץ קען אָפּטימיזירט ווערן אויף איין מאָל. למשל, שטרעבן צו זייער שנעלע אויפשטייג צייטן פאַרגרעסערט אָפט אָוווערשאָאָט. דעריבער, טונינג דעפּענדס אויף פּראָצעס פּרייאָריטעטן: זיכערקייט, פּראָדוקט קוואַליטעט, ענערגיע עפעקטיווקייט, אָדער אָפּעראַציאָנעל קאָמפאָרט.

קלאָוזינג

PID קאנטראל טעכניקן זענען די רוקן-ביין פון פילע אויטאמאטיזאציע סיסטעמען צוליב זייער מעגלעכקייט צו עפעקטיוו קאנטראלירן פראצעסן מיט א רעלאטיוו פשוטע אימפלעמענטאציע. דורך פארשטיין די ראלעס פון די P, I, און D קאמפאנענטן, און אנwenden גוטע טונינג און אימפלעמענטאציע פראקטיקעס—ווי אנטי-ווינדאפ, פילטערינג, און סעמפּלינג טיימינג—קען PID צושטעלן סטאבילן, רעספאנסיוון, און פעלער-טאלעראנטן פערפארמאנס אין א ברייטע קייט פון אינדוסטריעלע אפליקאציעס . טראץ דעם וואס עס זענען דא מער סאפיסטיקירטע מאדערנע קאנטראל מעטאדן, בלייבט PID די בעפארצוגטע ברירה פאר פילע פראצעסן צוליב זיין אויסגעצייכנטן באלאנס פון פערפארמאנס, פשוטקייט, און קאסטן.

אויב איר ווילט, קען איך אַדאַפּטירן דעם אַרטיקל צו אַ ספּעציפֿישן קאָנטעקסט (למשל PID אויף אַ Siemens/Omron PLC, טעמפּעראַטור קאָנטראָל מיט SSRs, אָדער אַ בייַשפּיל פון טונינג קאַלקולאַציעס פֿאַר אַ מאָטאָר/טאַנק לעוועל סיסטעם).