Hvad er involveret i at indstille en PID-controller?
Indstilling af en proportional-integreret-derivat controller (PID-controller) er en almindelig aktivitet for ingeniører, der specialiserer sig i processtyring. I dette tilfælde henviser "tuning" til ændring af parametrene, der vedrører regulatorens proportionalbånd, integreret handling og derivathandling. Der er flere metoder til beregning af indstillingsparametre manuelt og adskillige softwarepakker, der kan bruges til automatisk at indstille controllere i en kemisk proces. Inden en tuning kan begynde, er det vigtigt, at ingeniøren først undersøger den kontrolsløjfe, der er indstillet, og virkningen af kontrolsløjfen på det samlede system.
Ydelsen til en automatisk controller kan justeres og ændres ved at ændre controllerens indstillingsparametre. Når du indstiller en PID-controller, er der typisk tre indstillinger, der kan ændres: proportionalbåndet, den integrerede handling og den deriverede handling. Disse er repræsenteret ved det første, andet og tredje udtryk i den klassiske PID-algoritme, henholdsvis u = K P e + K I ∫ e dt + K D de / dt .
Udtrykket u repræsenterer retursignalet; KP er den forholdsmæssige forstærkning; e er fejlen eller offset-termen, der repræsenterer forskellen mellem den aktuelle værdi og controllerens setpoint; KI er den integrerede gevinst, KD er den afledte gevinst; og det er tid. Laplace-transformationen af denne ligning kan angives som K P + K I / s + K Ds .
Før en PID-controller indstilles, skal en ingeniør først undersøge processen, der skal indstilles, for at afgøre, om forkert tuning skaber forstyrrelser, eller om der er en anden tildelbar årsag, f.eks. Funktionsfejl eller ødelagt udstyr. Afstemningsændringer vil betyde meget lidt, hvis den egentlige årsag til variabilitet viser sig at være en fastgørelsesventil, ødelagte instrumenter eller fejl i styresystemets logik. Kun når processen er blevet undersøgt grundigt og feltinstrumenternes funktionalitet er verificeret, bør tuning overvejes.
Der er flere metoder, der anvendes af kemiske, elektriske og instrumente ingeniører til at indstille en PID-controller. Ziegler-Nichols-metoden er et sådant eksempel, der bruger den ultimative forøgelse og den ultimative periode af processen til at beregne aggressive tuningparametre for P-only, PI-only og PID-kontrolordninger. Andre kontrolordninger, såsom Tyreus-Luyben-metoden, er formuleret for at reducere systemsvingningen. Metoden, der bruges til at indstille en PID-controller, kan dikteres af arten af selve kontrolsløjfen.
Generelt vil en forøgelse af gevinstperioden for en controller give controlleren til at agere mere aggressivt. Mere integreret handling vil hjælpe med at reducere forskydningen mellem stabilitetsværdien og det ønskede sætpunkt, men kan føre til svingninger, hvis der bruges for meget. Derivatbetegnelsen bruges til at hjælpe med at stoppe hurtig bevægelse af controllerens nuværende værdi. Dette er kun heuristikker, der giver en generel fornemmelse af effekten af hver af de klassiske indstillingsparametre.
Mange DCS-pakker (distribuerede kontrolsystemer) inkluderer software, der kan bruges til automatisk at indstille kontrolsløjfer. Disse softwarepakker vil ofte indstille processer ved at undersøge tidligere ydelse eller ved automatisk at udføre testmetoderne beskrevet af etablerede tuningprocedurer. Som med de fleste procedurer, skal ingeniør foretage finjustering og små justeringer, der passer til processen, efter at hovedindstillingsproceduren er afsluttet.