Was ist an der Abstimmung eines PID-Reglers beteiligt?
Das Einstellen eines Proportional-Integral-Differential-Reglers (PID-Regler) ist eine übliche Aktivität für Ingenieure, die auf die Prozesssteuerung spezialisiert sind. In diesem Fall bezieht sich "Abstimmung" auf das Ändern der Parameter, die sich auf das Proportionalband des Reglers, die Integralwirkung und die Ableitungswirkung beziehen. Es gibt verschiedene Methoden zur manuellen Berechnung von Abstimmparametern und zahlreiche Softwarepakete, mit denen Regler in einem chemischen Prozess automatisch abgestimmt werden können. Bevor mit der Optimierung begonnen werden kann, muss der Ingenieur zunächst den zu optimierenden Regelkreis und die Auswirkungen des Regelkreises auf das Gesamtsystem untersuchen.
Die Leistung eines automatischen Reglers kann durch Ändern der Abstimmparameter des Reglers eingestellt und geändert werden. Bei der Abstimmung eines PID-Reglers können normalerweise drei Einstellungen geändert werden: das Proportionalband, die Integralwirkung und die Differentialwirkung. Diese werden im klassischen PID-Algorithmus durch den ersten, zweiten und dritten Term dargestellt, und zwar u = K P e + K I ∫ e dt + K D de / dt .
Der Term u repräsentiert das Rücksignal; KP ist die proportionale Verstärkung; e ist der Fehler- oder Offset-Term, der die Differenz zwischen dem aktuellen Wert und dem Reglersollwert darstellt; K I ist die integrale Verstärkung, K D ist die abgeleitete Verstärkung; und t ist Zeit. Die Laplace-Transformation dieser Gleichung kann als KP + KI / s + KDS angegeben werden .
Vor dem Einstellen eines PID-Reglers sollte ein Techniker zunächst den einzustellenden Prozess untersuchen, um festzustellen, ob durch eine falsche Einstellung Störungen verursacht werden oder ob eine andere zuweisbare Ursache vorliegt, z. B. eine Fehlfunktion oder ein Geräteschaden. Stimmungsänderungen bedeuten nur wenig, wenn die wahre Ursache für die Variabilität ein feststeckendes Steuerventil, defekte Instrumente oder Fehler in der Steuerungssystemlogik ist. Nur wenn der Prozess gründlich untersucht und die Funktionalität der Feldgeräte überprüft wurde, sollte die Abstimmung in Betracht gezogen werden.
Es gibt mehrere Methoden, die von Chemie-, Elektro- und Instrumententechnikern zum Einstellen eines PID-Reglers verwendet werden. Die Ziegler-Nichols-Methode ist ein solches Beispiel, das die Endverstärkung und die Enddauer des Prozesses verwendet, um aggressive Abstimmparameter für P-only-, PI-only- und PID-Regelungsschemata zu berechnen. Andere Steuerschemata, wie die Tyreus-Luyben-Methode, wurden entwickelt, um die Systemoszillation zu reduzieren. Das zum Einstellen eines PID-Reglers verwendete Verfahren kann durch die Art des Regelkreises selbst vorgegeben sein.
Im Allgemeinen wird der Controller durch Erhöhen des Gain-Terms eines Controllers aggressiver agieren. Ein stärkeres Integrieren verringert den Versatz zwischen dem stationären Wert und dem gewünschten Sollwert, kann jedoch zu Schwingungen führen, wenn zu viel verwendet wird. Der abgeleitete Term wird verwendet, um eine schnelle Bewegung des aktuellen Werts des Reglers zu stoppen. Dies sind nur Heuristiken, die einen allgemeinen Eindruck über die Wirkung der einzelnen klassischen Abstimmungsparameter vermitteln.
Viele DCS-Pakete (Distributed Control System) enthalten Software, mit der Regelkreise automatisch abgestimmt werden können. Diese Softwarepakete optimieren häufig Prozesse, indem sie die Leistung in der Vergangenheit untersuchen oder die in festgelegten Optimierungsverfahren beschriebenen Testmethoden automatisch ausführen. Wie bei den meisten Verfahren müssen Feinabstimmungen und kleine Anpassungen vom Techniker vorgenommen werden, um sie an den Prozess anzupassen, nachdem das Hauptabstimmungsverfahren abgeschlossen wurde.