W dziedzinie sterowania automatyką przemysłową szeroko stosowane są pętle regulacyjne PID. Jednak podczas pracy często napotykamy różne typy oscylacji, takie jak oscylacje w-fazie, oscylacje poza-fazą-i oscylacje nie-płynne. Problemy te nie tylko prowadzą do niestabilności systemu, ale mogą również zagrozić bezpieczeństwu i wydajności całego procesu produkcyjnego. W tym artykule omówiono cechy tych trzech typów oscylacji i odpowiadające im środki zaradcze w celach informacyjnych.
I. Oscylacja-fazowa
Podczas oscylacji w-fazie zmienna procesowa i wyjście sterownika wykazują te same punkty narastania, opadania i przegięcia; dwie krzywe są podobne lub symetryczne. Ten typ oscylacji jest często spowodowany zakłóceniami zewnętrznymi lub nadmiernym wzmocnieniem proporcjonalnym.
Rozwiązanie:Spróbuj zmniejszyć wzmocnienie proporcjonalne o-jedną trzecią i obserwuj, czy oscylacje się pogarszają. Jeśli oscylacje się nasilają, oznacza to, że problem prawdopodobnie nie wynika z nieprawidłowych ustawień parametrów PID, ale raczej z zakłóceń zewnętrznych. W takim przypadku zaleca się przywrócenie parametrów i identyfikację źródła zakłócenia w celu strojenia. Jeśli oscylacja jest-w fazie i jest spowodowana nadmiernym wzmocnieniem proporcjonalnym, zmniejszenie wzmocnienia proporcjonalnego o jedną-trzecia często eliminuje oscylacje.
II. Oscylacja poza-fazą-
W przypadku oscylacji-poza-fazą zmienna procesowa i wyjście regulatora PID wykazują parę wartości szczytowych i dolnych, przy czym obie krzywe rosną i maleją w przeciwnych fazach. Ten typ oscylacji jest niewątpliwie spowodowany całką nadmierną
Rozwiązanie:Spróbuj ustawić czas całkowania na wartość odpowiadającą okresowi oscylacji. W przypadku systemów-samobalansowanych zmniejszenie wzmocnienia proporcjonalnego o-jedną trzecią wyeliminuje-oscylacje poza-fazą, chociaż wydajność-pętli zamkniętej może ulec nieznacznemu pogorszeniu. Jednakże w przypadku systemów integratorów zmniejszenie wzmocnienia proporcjonalnego może skutkować poważniejszymi oscylacjami-poza-fazą o niższej częstotliwości.
III. Nie-płynna oscylacja
W przypadku nie{0}}płynnych oscylacji zmienna procesowa i wyjście sterownika wykazują odpowiednio falę prostokątną i falę piłokształtną. Ten typ oscylacji jest często spowodowany nieliniowością zaworu sterującego.
Rozwiązanie:Rozwiązanie problemu-płynnych oscylacji zwykle wymaga regulacji zaworu sterującego, w tym smarowania, poluzowania uszczelnienia, wyprostowania trzpienia zaworu, regulacji zaworów ręcznych lub obejścia, dostosowania parametrów ustawnika i wymiany zaworu. W takich przypadkach strojenie parametrów PID jest często daremne i może budzić wątpliwości co do zasadności metody strojenia.
IV. Wnioski i zalecenia
Rozwiązując problemy z oscylacjami w automatycznych pętlach regulacji PID, powinniśmy najpierw rozważyć zmniejszenie wzmocnienia proporcjonalnego, ponieważ jest to preferowana metoda rozwiązywania oscylacji zarówno w-fazie, jak i poza-fazą. W przypadku systemów-samorównoważących regulacja PI jest prosta, skuteczna, solidna i ma szerokie zastosowanie; jest to doskonały wybór, gdy maksymalna wydajność nie jest priorytetem. W przypadku systemów-samorównoważących, w których maksymalna wydajność nie jest priorytetem, sterowanie PI jest proste, skuteczne, niezawodne i ma szerokie zastosowanie. Z tego też powodu regulacja PI jest tak szeroko stosowana w przemyśle. Ostateczna wydajność regulatora PI zależy od dostępnych informacji o modelu kontrolowanego obiektu. Aby jeszcze bardziej przekroczyć najwyższą wydajność-pętli zamkniętej, inżynierowie często ulepszają architekturę systemu-na przykład wdrażając kaskadowe sprzężenie zwrotne lub nawet modernizując sprzęt. Z akademickiego punktu widzenia badacze często udoskonalają algorytmy PID, kompensując ograniczenia sprzętowe lepszymi algorytmami. Takie wymagania są rzadko spotykane w rzeczywistej produkcji; częściej skupia się na rozwiązaniu problemu oscylacji spowodowanych nieuzasadnionymi parametrami i niewystarczającym tłumieniem zakłóceń. Powszechne stosowanie sterowania w pojedynczej-pętli w terenie wskazuje również, że nadal istnieje wiele możliwości ulepszenia automatyzacji! Niezależnie od tego, czy chodzi o wydajność pojedynczej-pętli, wykorzystanie położenia zaworu i elastyczność wartości zadanej, czy optymalizację koordynacji i ograniczeń wielu zmiennych-, dostrojenie PID to tylko część pracy. Aby jeszcze bardziej zwiększyć bezpieczeństwo i wydajność, kontrola procesu powinna bardziej skupiać się na tych obszarach.
W sterowaniu procesem uzyskanie precyzyjnych modeli jest trudne, a czyste opóźnienie jest zjawiskiem powszechnym. Być może dlatego pomimo ciągłego pojawiania się nowych algorytmów, PID pozostaje-niezmiennie popularny w sterowaniu procesami. PID w połączeniu ze sprzężeniem zwrotnym ma wyjątkową moc! Gdy zostanie to rozpoznane, konkretna metoda strojenia staje się mniej ważna; zrozumienie granic wpływających na wydajność-pętli zamkniętej i możliwości PID jest znacznie ważniejsze.