Wie wähle ich den besten PID-Regler aus?
Die Auswahl des besten Proportional-Integral-Differential-Reglers (PID) hängt von Ihren spezifischen Anforderungen ab. Ein PID-Regler kann in Form eines PI- oder PD-Reglers oder nur in Form von I oder P vorliegen. Nicht für alle Anwendungen müssen alle drei Parameter verwendet werden. Es ist am wahrscheinlichsten, dass die Ableitungssteuerung eliminiert wird, da sie Messungen basierend auf dem Systemrauschen durchführt. Die Beseitigung kann erfolgen, indem unerwünschte Parameter auf Null gesetzt werden.
Ein PID-Regler, der häufig als industrielle Steuerung verwendet wird, berechnet drei separate Parameter, Eigenschaften oder messbare Faktoren. Berechnungen von Fehlerwerten werden durchgeführt, indem die Differenz zwischen einer gemessenen Menge und der gewünschten Menge genommen wird. Fehler werden minimiert, indem die Eingänge des Steuerungssystems angepasst werden.
In einem PID-Regler können zu große proportionale Änderungen zu einer Instabilität des Systems führen. Wenn dieselben Änderungen zu gering sind, reagiert das System nicht. Die integrierte Steuerung misst die Fehlermenge und versucht, sie zu minimieren. Abgeleitete Steuerelemente verringern die Änderungsrate, können jedoch die Reaktionszeit verlangsamen und mehr Rauschen in das System einbringen.
Ein gutes Beispiel für das Verständnis des Steuerungsprozesses ist das manuelle Einstellen der Wassertemperatur an einem Wasserhahn mit zwei Wasserhähnen. Sowohl Warm- als auch Kaltwasserhähne werden eingeschaltet und dann vom Benutzer auf die gewünschte kombinierte Temperatur eingestellt. Die Einstellungen müssen präzise vorgenommen werden, sonst wechselt der Benutzer zwischen zu heißem und zu kaltem Wasser hin und her. Durch die Proportionalsteuerung wird das Ein- und Ausschalten des Systems verhindert. Ein PID-Regler kompensiert automatisch, wenn Änderungen im System festgestellt werden.
Die einfachsten Steuersysteme können für grundlegende Thermostatsysteme verwendet werden. Ein PID-Regler in einem Ofen funktioniert möglicherweise am besten nur mit proportionalen und integralen Reglern. Die Ableitungsfunktion kann durch Rauschen oder elektrische Interferenzen zu unregelmäßigen Änderungen führen. Bei ordnungsgemäßer Funktion heizt der Ofen mit der Steuerung auf die gewünschte Temperatur auf und schaltet sich dann ein und aus, um die Temperatur zu halten. Das Erhitzen wird verlangsamt, wenn der Ofen die gewünschte Temperatur erreicht, um ein Überschreiten des Sollwerts zu vermeiden.
Grundlegende Ein- und Ausschaltfunktionen eignen sich gut für Systeme, die keine konstanten und genauen Temperaturen erfordern. Heiz- und Kühlgeräte für Privathaushalte können dies nutzen, aber mit einem Proportional- oder PID-Regler wird ein höherer Wirkungsgrad erzielt. Industrielle Anwendungen erfordern normalerweise eine ständige Kontrolle für Laboranwendungen. Bewegungs-, Temperatur- und Durchflusssteuerungsanforderungen können alle mit PID-Funktionen erfüllt werden. Wenn ein Steady-State-Fehler (SSE) kritisch ist, liefern alle drei Steuerungen zusammen das gewünschte Ergebnis.
Zu berücksichtigende Faktoren sind der Typ des Eingangssensors für das System und der Bereich der zulässigen Ergebnisse. Als nächstes muss der Ausgabebedarf erfüllt werden. Die Ausgänge können ein elektromechanisches Relais, ein Analogempfänger oder ein Halbleiterrelais (SSR) sein. Berücksichtigen Sie abschließend die Anzahl der benötigten Ausgänge. PID-Regler werden üblicherweise mit einer Auflistung aller Ein- und Ausgangstypen geliefert, mit denen sie am besten funktionieren.