Wat is er betrokken bij het afstemmen van een PID-controller?
Het afstemmen van een proportioneel-integraal afgeleide controller (PID-controller) is een veel voorkomende activiteit voor ingenieurs die gespecialiseerd zijn in procesbesturing. In dit geval verwijst "afstemming" naar het wijzigen van de parameters met betrekking tot de proportionele band van de controller, integrale actie en afgeleide actie. Er zijn verschillende methoden voor het handmatig berekenen van afstemmingsparameters en tal van softwarepakketten die kunnen worden gebruikt om controllers automatisch in een chemisch proces af te stemmen. Voordat een afstemming kan beginnen, is het van cruciaal belang dat de ingenieur eerst onderzoekt naar de afgestemde regellus en de impact van de regellus op het totale systeem.
De prestaties van een automatische controller kunnen worden aangepast en gewijzigd door de afstemmingsparameters van de controller te wijzigen. Bij het afstemmen van een PID-controller zijn er meestal drie instellingen die kunnen worden gewijzigd: de proportionele band, de integrale actie en de afgeleide actie. Deze worden voorgesteld door de eerste, tweede en derde term in het klassieke PID-algoritme, respectievelijk u = K P e + K I ∫ e dt + K D de / dt .
De term u vertegenwoordigt het retoursignaal; K P is de proportionele versterking; e is de fout- of offsetterm, die het verschil vertegenwoordigt tussen de huidige waarde en het setpoint van de controller; K I is de integrale winst, KD is de afgeleide winst; en t is tijd. De Laplace-transformatie van deze vergelijking kan worden aangegeven als K P + K I / s + K D s .
Voordat een PID-controller wordt afgestemd, moet een technicus eerst het af te stemmen proces onderzoeken om te bepalen of onjuiste afstemming verstoringen veroorzaakt of dat er een andere toewijsbare oorzaak is, zoals defecte of kapotte apparatuur. Tuningveranderingen zullen heel weinig betekenen als de werkelijke oorzaak van variabiliteit een vastzittende regelklep, kapotte instrumenten of fouten in de logica van het besturingssysteem blijkt te zijn. Pas als het proces grondig is onderzocht en de functionaliteit van de veldinstrumenten is geverifieerd, moet afstemming worden overwogen.
Er zijn meerdere methoden die door chemische, elektrische en instrumentingenieurs worden gebruikt bij het afstemmen van een PID-controller. De Ziegler-Nichols-methode is zo'n voorbeeld dat de ultieme versterking en de ultieme periode van het proces gebruikt om agressieve afstemmingsparameters te berekenen voor P-only, PI-only en PID-besturingsschema's. Andere regelschema's, zoals de Tyreus-Luyben-methode, zijn geformuleerd om systeemoscillatie te verminderen. De methode die wordt gebruikt voor het afstemmen van een PID-controller kan worden bepaald door de aard van de regellus zelf.
Over het algemeen zal het verhogen van de gain-term van een controller de controller agressiever doen werken. Meer integrale actie zal helpen de offset tussen de steady-state-waarde en het gewenste setpoint te verminderen, maar kan tot oscillaties leiden als er teveel wordt gebruikt. De afgeleide term wordt gebruikt om een snelle beweging van de huidige waarde van de regelaar te stoppen. Dit zijn alleen heuristieken die een algemeen beeld geven van het effect van elk van de klassieke afstemmingsparameters.
Veel gedistribueerde controlesysteempakketten (DCS) bevatten software die kan worden gebruikt om regellussen automatisch af te stemmen. Deze softwarepakketten zullen vaak processen afstemmen door de prestaties uit het verleden te onderzoeken of door automatisch de testmethoden uit te voeren die zijn beschreven door vastgestelde afstemmingsprocedures. Zoals bij de meeste procedures, moeten de fijnafstemming en kleine aanpassingen worden gemaakt door de ingenieur om het proces aan te passen nadat de belangrijke afstemmingsprocedure is voltooid.