Στον τομέα του ελέγχου βιομηχανικού αυτοματισμού, οι βρόχοι ελέγχου PID χρησιμοποιούνται ευρέως. Ωστόσο, κατά τη λειτουργία, συναντάμε συχνά διάφορους τύπους ταλάντωσης, όπως ταλάντωση εντός-φάσης, εκτός--ταλάντωσης φάσης και μη-ομαλή ταλάντωση. Αυτά τα ζητήματα όχι μόνο οδηγούν σε αστάθεια του συστήματος αλλά μπορούν επίσης να θέσουν σε κίνδυνο την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα ολόκληρης της διαδικασίας παραγωγής. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει τα χαρακτηριστικά αυτών των τριών τύπων ταλάντωσης και τα αντίστοιχα αντίμετρα για αναφορά.
I. Σε-ταλάντωση φάσης
Στην-ταλάντωση φάσης, η μεταβλητή διεργασίας και η έξοδος του ελεγκτή εμφανίζουν τα ίδια σημεία ανόδου, πτώσης και καμπής. οι δύο καμπύλες είναι παρόμοιες ή συμμετρικές. Αυτός ο τύπος ταλάντωσης προκαλείται συχνά από εξωτερικές διαταραχές ή υπερβολικό αναλογικό κέρδος.
Διάλυμα:Δοκιμάστε να μειώσετε το αναλογικό κέρδος κατά ένα-ένα τρίτο και παρατηρήστε εάν η ταλάντωση επιδεινώνεται. Εάν η ταλάντωση επιδεινωθεί, αυτό σημαίνει ότι το πρόβλημα πιθανότατα δεν οφείλεται σε ακατάλληλες ρυθμίσεις παραμέτρων PID, αλλά σε εξωτερικές διαταραχές. Σε αυτήν την περίπτωση, συνιστάται η επαναφορά των παραμέτρων και ο εντοπισμός της πηγής της διαταραχής για συντονισμό. Εάν η ταλάντωση είναι σε-φάση και προκαλείται από υπερβολικό αναλογικό κέρδος, η μείωση του αναλογικού κέρδους κατά ένα-το ένα τρίτο συχνά θα εξαλείψει την ταλάντωση.
II. Εκτός-από-ταλάντωση φάσης
Στην ταλάντωση εκτός-φάσης, η μεταβλητή διεργασίας και η έξοδος του ελεγκτή PID εμφανίζουν ένα ζεύγος κορυφών και κατωφλιών, με τις δύο καμπύλες να ανεβαίνουν και να πέφτουν σε αντίθετες φάσεις. Αυτός ο τύπος ταλάντωσης προκαλείται αναμφίβολα από υπερβολικό ολοκλήρωμα
Διάλυμα:Δοκιμάστε να ρυθμίσετε τον χρόνο ολοκλήρωσης σε μια τιμή που ταιριάζει με την περίοδο ταλάντωσης. Για αυτο-ισορροπημένα συστήματα, η μείωση του αναλογικού κέρδους κατά ένα-τρίτο θα εξαλείψει-τις-ταλαντώσεις φάσης, αν και η απόδοση κλειστού-βρόχου ενδέχεται να είναι ελαφρώς υποβαθμισμένη. Ωστόσο, για τα συστήματα ολοκληρωτή, η μείωση του αναλογικού κέρδους μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα πιο σοβαρές, χαμηλότερη-συχνότητα εξόδου-της-φάσης ταλαντώσεων.
III. Μη-ομαλή ταλάντωση
Σε μη ομαλή ταλάντωση, η μεταβλητή διεργασίας και η έξοδος του ελεγκτή εμφανίζουν ένα τετράγωνο κύμα και ένα κύμα πριονωτή, αντίστοιχα. Αυτός ο τύπος ταλάντωσης προκαλείται συχνά από τη μη γραμμικότητα της βαλβίδας ελέγχου.
Διάλυμα:Η επίλυση μη ομαλών ταλαντώσεων τυπικά απαιτεί ρύθμιση της βαλβίδας ελέγχου, συμπεριλαμβανομένης της λίπανσης, της χαλάρωσης του παρεμβύσματος, της ευθυγράμμισης του στελέχους της βαλβίδας, της ρύθμισης των χειροκίνητων βαλβίδων ή της παράκαμψης, της προσαρμογής των παραμέτρων του ρυθμιστή θέσης και της αντικατάστασης της βαλβίδας. Σε τέτοιες περιπτώσεις, ο συντονισμός των παραμέτρων PID είναι συχνά μάταιος και μπορεί να θέσει υπό αμφισβήτηση την εγκυρότητα της μεθόδου συντονισμού.
IV. Συμπέρασμα και συστάσεις
Όταν αντιμετωπίζουμε προβλήματα ταλάντωσης σε βρόχους αυτόματου ελέγχου PID, θα πρέπει πρώτα να εξετάσουμε τη μείωση του αναλογικού κέρδους, καθώς αυτή είναι η προτιμώμενη μέθοδος για την επίλυση ταλαντώσεων τόσο εντός όσο και εκτός φάσης-από-φάσης. Για αυτο-συστήματα εξισορρόπησης, ο έλεγχος PI είναι απλός, αποτελεσματικός, ισχυρός και ευρέως εφαρμόσιμος. είναι μια εξαιρετική επιλογή όταν η κορυφαία απόδοση δεν αποτελεί προτεραιότητα. Για συστήματα αυτο-εξισορρόπησης όπου η κορυφαία απόδοση δεν αποτελεί προτεραιότητα, ο έλεγχος PI είναι απλός, αποτελεσματικός, ισχυρός και ευρέως εφαρμόσιμος. Αυτός είναι επίσης ο λόγος που ο έλεγχος PI χρησιμοποιείται τόσο ευρέως στη βιομηχανία. Η τελική απόδοση ενός ελεγκτή PI εξαρτάται από τις διαθέσιμες πληροφορίες μοντέλου του ελεγχόμενου αντικειμένου. Για να υπερβούν περαιτέρω την τελική απόδοση κλειστού βρόχου{10}}, οι μηχανικοί συχνά βελτιώνουν την αρχιτεκτονική του συστήματος-για παράδειγμα, εφαρμόζοντας διαδοχική προώθηση ή ακόμα και αναβάθμιση εξοπλισμού. Ακαδημαϊκά, οι ερευνητές συχνά βελτιώνουν τους αλγόριθμους PID, αντισταθμίζοντας τους περιορισμούς υλικού με καλύτερους αλγόριθμους. Τέτοιες απαιτήσεις σπάνια συναντώνται στην πραγματική παραγωγή. πιο συχνά, η εστίαση είναι στην αντιμετώπιση ταλαντώσεων που προκαλούνται από παράλογες παραμέτρους και ανεπαρκή απόρριψη διαταραχών. Η ευρεία χρήση του ελέγχου ενός βρόχου{15}}στο πεδίο δείχνει επίσης ότι υπάρχει ακόμη σημαντικό περιθώριο βελτίωσης στον αυτοματισμό! Είτε αφορά την απόδοση ενός{16}}βρόχου, τη χρήση της ευελιξίας της θέσης της βαλβίδας και του σημείου ρύθμισης ή τη βελτιστοποίηση του συντονισμού και των περιορισμών πολλαπλών{17}}μεταβλητών, ο συντονισμός PID είναι μόνο μέρος της δουλειάς. Για περαιτέρω ενίσχυση της ασφάλειας και της αποτελεσματικότητας, ο έλεγχος της διαδικασίας θα πρέπει να επικεντρωθεί περισσότερο σε αυτούς τους τομείς.
Στον έλεγχο της διαδικασίας, είναι δύσκολο να ληφθούν ακριβή μοντέλα και η καθαρή καθυστέρηση είναι ένα κοινό φαινόμενο. Αυτός μπορεί να είναι ο λόγος που, παρά τη συνεχή εμφάνιση νέων αλγορίθμων, το PID παραμένει-πολύ δημοφιλές στον έλεγχο διεργασιών. Το PID, όταν συνδυάζεται με ανατροφοδότηση, είναι εξαιρετικά ισχυρό! Μόλις αυτό αναγνωριστεί, η συγκεκριμένη μέθοδος συντονισμού γίνεται λιγότερο σημαντική. Η κατανόηση των ορίων που επηρεάζουν την απόδοση κλειστού-βρόχου και τις δυνατότητες του PID είναι πολύ πιο κρίσιμη.