Co jest zaangażowane w strojenie regulatora PID?
Strojenie regulatora proporcjonalno-całkującego (regulatora PID) jest powszechnym działaniem inżynierów specjalizujących się w sterowaniu procesami. W tym przypadku „strojenie” odnosi się do zmiany parametrów związanych z pasmem proporcjonalnym sterownika, działaniem integralnym i działaniem pochodnym. Istnieje kilka metod ręcznego obliczania parametrów dostrajania oraz liczne pakiety oprogramowania, których można użyć do automatycznego dostrojenia sterowników w procesie chemicznym. Przed rozpoczęciem strojenia ważne jest, aby inżynier najpierw zbadał dostrojoną pętlę sterowania i wpływ pętli sterowania na cały system.
Wydajność automatycznego kontrolera można regulować i zmieniać, zmieniając parametry strojenia kontrolera. Podczas dostrajania regulatora PID zazwyczaj można zmienić trzy ustawienia: pasmo proporcjonalne, działanie całkowe i działanie pochodne. Są one reprezentowane przez pierwszy, drugi i trzeci termin w klasycznym algorytmie PID, odpowiednio u = K P e + K I ∫ e dt + K D de / dt .
Termin u oznacza sygnał zwrotny; K P jest zyskiem proporcjonalnym; e jest wartością błędu lub przesunięcia, która reprezentuje różnicę między wartością bieżącą a wartością zadaną regulatora; K I jest zyskiem całkowym, K D jest zyskiem pochodnym; it to czas. Przekształcenie Laplace'a tego równania można wyrazić jako K P + K I / s + K D s .
Przed dostrajaniem regulatora PID inżynier powinien najpierw zbadać proces dostrajania, aby ustalić, czy niewłaściwe dostrajanie powoduje zakłócenia lub czy istnieje inna możliwa do przypisania przyczyna, taka jak nieprawidłowe działanie lub uszkodzenie sprzętu. Strojenie zmian będzie miało bardzo małe znaczenie, jeśli prawdziwą przyczyną zmienności będzie przywierający zawór sterujący, zepsute przyrządy lub błędy w logice układu sterowania. Dopiero po dokładnym zbadaniu procesu i sprawdzeniu funkcjonalności instrumentów polowych należy rozważyć strojenie.
Istnieje wiele metod stosowanych przez inżynierów chemików, elektryków i przyrządów do strojenia regulatora PID. Metoda Zieglera-Nicholsa jest jednym z takich przykładów, który wykorzystuje ostateczne wzmocnienie i ostateczny okres procesu do obliczenia agresywnych parametrów strojenia dla schematów sterowania tylko P, PI i PID. Inne schematy kontroli, takie jak metoda Tyreusa-Luybena, zostały opracowane w celu zmniejszenia oscylacji układu. Sposób zastosowany do strojenia regulatora PID może być podyktowany charakterem samej pętli sterowania.
Zasadniczo zwiększenie okresu wzmocnienia kontrolera spowoduje, że będzie on działał bardziej agresywnie. Bardziej zintegrowane działanie pomoże zmniejszyć przesunięcie między wartością stanu ustalonego a pożądaną wartością zadaną, ale może prowadzić do oscylacji, jeśli zastosuje się zbyt dużo. Termin pochodny służy do zatrzymania szybkiego ruchu bieżącej wartości kontrolera. Są to tylko heurystyki, które zapewniają ogólne wyczucie efektu każdego z klasycznych parametrów strojenia.
Wiele pakietów rozproszonego systemu sterowania (DCS) zawiera oprogramowanie, którego można użyć do automatycznego dostrojenia pętli sterowania. Te pakiety oprogramowania często dostrajają procesy, badając wcześniejsze wyniki lub automatycznie wykonując metody testowe opisane za pomocą ustalonych procedur strojenia. Podobnie jak w przypadku większości procedur, inżynier musi dokonać precyzyjnego strojenia i drobnych korekt, aby dopasować go do procesu po zakończeniu dużej procedury strojenia.