Что участвует в настройке ПИД-регулятора?
Настройка пропорционально-интегрально-производного контроллера (ПИД-регулятора) является обычным делом для инженеров, специализирующихся на управлении процессом. В этом случае «настройка» относится к изменению параметров, относящихся к зоне пропорциональности контроллера, интегральному действию и производному действию. Существует несколько методов расчета параметров настройки вручную и многочисленные пакеты программного обеспечения, которые можно использовать для автоматической настройки контроллеров в химическом процессе. Прежде чем начинать какую-либо настройку, для инженера крайне важно сначала изучить настраиваемый контур управления и влияние контура управления на всю систему.
Производительность автоматического контроллера можно регулировать и изменять, изменяя параметры настройки контроллера. При настройке ПИД-регулятора обычно можно изменить три параметра: зону пропорциональности, интегральное действие и производное действие. Они представлены первым, вторым и третьим членами в классическом алгоритме PID, соответственно u = K P e + K I I e dt + K D de / dt .
Член u представляет обратный сигнал; K P - пропорциональный коэффициент усиления; e - член ошибки или смещения, который представляет разницу между текущим значением и уставкой контроллера; K I - интегральное усиление, K D - производное усиление; и это время. Преобразование Лапласа этого уравнения можно сформулировать как K P + K I / s + K D s .
Перед настройкой ПИД-регулятора, инженер должен сначала изучить процесс, который нужно настроить, чтобы определить, не является ли неправильная настройка причиной расстраиваний или есть другая причина, например, неисправное или сломанное оборудование. Изменения настройки будут означать очень мало, если будет установлено, что истинной причиной изменчивости является заедание регулирующего клапана, сломанные инструменты или ошибки в логике системы управления. Настройка должна рассматриваться только после тщательного изучения процесса и проверки функциональности полевых приборов.
Есть несколько методов, используемых инженерами-химиками, электриками и приборостроителями при настройке ПИД-регулятора. Метод Циглера-Николса является одним из таких примеров, который использует предельное усиление и конечный период процесса для расчета агрессивных параметров настройки для схем управления только P, только PI и PID. Другие схемы управления, такие как метод Tyreus-Luyben, разработаны для уменьшения колебаний системы. Метод, используемый для настройки ПИД-регулятора, может быть продиктован природой самого контура управления.
В целом, увеличение коэффициента усиления контроллера заставит контроллер действовать более агрессивно. Более комплексное действие поможет уменьшить смещение между значением установившегося состояния и желаемой уставкой, но может привести к колебаниям, если используется слишком много. Производный термин используется, чтобы помочь остановить быстрое движение текущей стоимости контроллера. Это только эвристика, которая дает общее представление о влиянии каждого из классических параметров настройки.
Многие пакеты распределенной системы управления (DCS) включают программное обеспечение, которое можно использовать для автоматической настройки контуров управления. Эти программные пакеты часто настраивают процессы, проверяя прошлую производительность или автоматически выполняя методы испытаний, описанные установленными процедурами настройки. Как и в случае большинства процедур, инженер должен выполнить тонкую настройку и небольшие корректировки, чтобы они соответствовали процессу после завершения основной процедуры настройки.