Hva er involvert i å stille inn en PID-kontroller?

Tuning av en proporsjonal integrert-derivatkontroller (PID-kontroller) er en vanlig aktivitet for ingeniører som spesialiserer seg på prosesskontroll. I dette tilfellet refererer "tuning" til å endre parametrene relatert til kontrollens proporsjonale bånd, integrert handling og derivathandling. Det er flere metoder for å beregne avstemningsparametere for hånd og mange programvarepakker som kan brukes til å automatisk stille inn kontrollere i en kjemisk prosess. Før noen innstilling kan begynne, er det avgjørende for ingeniøren først å undersøke kontrollsløyfen som er innstilt, og effekten av kontrollsløyfen på det totale systemet.

Ytelsen til en automatisk kontroller kan justeres og endres ved å endre kontrollerens innstillingsparametere. Når du stiller inn en PID-kontroller, er det vanligvis tre innstillinger som kan endres: proporsjonalbåndet, integrasjonshandlingen og den deriverte handlingen. Disse er representert med det første, andre og tredje begrep i den klassiske PID-algoritmen, henholdsvis u = K _P e + K _I ∫ e dt + K _D de / dt .

Begrepet u representerer retursignalet; K _P er den proporsjonale gevinsten; e er feilen eller forskjøvet betegnelse, som representerer forskjellen mellom nåverdien og regulatorens børverdi; K _I er den integrerte gevinsten, KD er den deriverte gevinsten; og det er tid. Laplace-transformasjonen av denne ligningen kan angis som K _P + K _I / s + K _Ds .

Før en PID-kontroller stilles inn, bør en ingeniør først undersøke prosessen som skal innstilles for å avgjøre om feil innstilling forårsaker forstyrrelser eller om det er en annen tildelbar årsak, for eksempel funksjonsfeil eller ødelagt utstyr. Tuningendringer vil bety veldig lite hvis den sanne årsaken til variabilitet viser seg å være en klebende reguleringsventil, ødelagte instrumenter eller feil i kontrollsystemets logikk. Først når prosessen er grundig undersøkt og feltinstrumentenes funksjonalitet er verifisert, bør innstilling vurderes.

Det er flere metoder som brukes av kjemiske, elektriske og instrumentingeniører for å stille inn en PID-kontroller. Ziegler-Nichols-metoden er et slikt eksempel som bruker den ultimate forsterkningen og den endelige perioden av prosessen for å beregne aggressive innstillingsparametere for P-only, PI-only og PID-kontrollordninger. Andre kontrollordninger, for eksempel Tyreus-Luyben-metoden, er formulert for å redusere svingninger i systemet. Metoden som brukes for innstilling av en PID-kontroller kan være diktert av selve kontrollsløyfen.

Generelt vil økning av gevinsttiden for en kontroller gjøre at kontrolleren opptrer mer aggressivt. Mer integrert handling vil bidra til å redusere forskyvningen mellom stabilisasjonsverdien og ønsket setpoint, men kan føre til svingninger hvis for mye brukes. Derivatbegrepet brukes for å stoppe rask bevegelse av kontrollerens nåverdi. Dette er bare heuristikker som gir en generell følelse av effekten av hver av de klassiske innstillingsparametrene.

Mange distribuerte kontrollsystem (DCS) pakker inkluderer programvare som kan brukes til å automatisk innstille kontrollsløyfer. Disse programvarepakkene vil ofte innstille prosesser ved å undersøke tidligere ytelse eller automatisk utføre testmetodene beskrevet av etablerte innstillingsprosedyrer. Som med de fleste prosedyrer, må finjustering og små justeringer gjøres av ingeniøren for å passe til prosessen etter at hovedinnstillingsprosedyren er fullført.