Vad är involverat i att ställa in en PID-kontroller?

Ställa in en proportionell-integrerad derivatkontroll (PID-styrenhet) är en vanlig aktivitet för ingenjörer som är specialiserade på processkontroll. I detta fall avser "avstämning" att ändra parametrarna som hänför sig till regulatorns proportionella band, integrerad handling och derivat. Det finns flera metoder för att beräkna avstämningsparametrar för hand och många programvarupaket som kan användas för att automatiskt ställa in styrenheter i en kemisk process. Innan någon avstämning kan börja är det avgörande för ingenjören att först undersöka styrslingan som är inställd och styrslingans påverkan på det övergripande systemet.

Prestandan hos en automatisk styrenhet kan justeras och ändras genom att ändra regulatorns inställningsparametrar. När du ställer in en PID-regulator finns det vanligtvis tre inställningar som kan ändras: det proportionella bandet, den integrerade handlingen och den derivataktionen. Dessa representeras av de första, andra och tredje termerna i den klassiska PID-algoritmen, respektive u = K _P e + K _I ∫ e dt + K _D de / dt .

Termen u representerar retursignalen; _KP är den proportionella förstärkningen; e är fel- eller offsettermen, som representerar skillnaden mellan nuvärdet och regulatorns börvärde; KI är den integrerade vinsten, _KD är derivatförstärkningen; och det är tid. Laplace-transformationen av denna ekvation kan anges som K _P + K _I / s + K _Ds .

Innan en PID-regulator ställs in, bör en ingenjör först undersöka processen som ska ställas in för att avgöra om felaktig inställning orsakar upprörelser eller om det finns en annan tilldelbar orsak, till exempel felaktig eller trasig utrustning. Stämningsändringar innebär väldigt lite om den verkliga orsaken till variation kan konstateras vara en stickventil, trasiga instrument eller fel i styrsystemets logik. Först när processen har granskats noggrant och fältinstrumentens funktionalitet har verifierats bör inställningen övervägas.

Det finns flera metoder som används av kemiska, elektriska och instrumenttekniker för att ställa in en PID-regulator. Ziegler-Nichols-metoden är ett sådant exempel som använder den ultimata förstärkningen och den ultimata processperioden för att beräkna aggressiva avstämningsparametrar för P-endast, PI-endast och PID-kontrollscheman. Andra kontrollscheman, såsom Tyreus-Luyben-metoden, är formulerade för att minska svängningen i systemet. Metoden som används för att ställa in en PID-styrenhet kan dikteras av själva kontrollslingan.

I allmänhet kommer att öka vinstkontrollperioden för en kontroller att kontrollern agerar mer aggressivt. Mer integrerad åtgärd hjälper till att minska kompensationen mellan konstantvärdet och önskat börvärde, men kan leda till svängningar om för mycket används. Derivatbeteckningen används för att stoppa snabb rörelse av regulatorns nuvärde. Det här är bara heuristik som ger en allmän känsla av effekten av var och en av de klassiska inställningsparametrarna.

Många paket med distribuerat kontrollsystem (DCS) innehåller mjukvara som kan användas för att automatiskt ställa in kontrollöglor. Dessa programvarupaket kommer ofta att ställa in processer genom att undersöka tidigare prestanda eller genom att automatiskt utföra testmetoderna som beskrivs med etablerade inställningsförfaranden. Som med de flesta förfaranden måste finjustering och små justeringar göras av ingenjören för att passa processen efter att huvudstämningsförfarandet har avslutats.