În domeniul controlului automatizării industriale, buclele de control PID sunt utilizate pe scară largă. Cu toate acestea, în timpul funcționării, întâlnim adesea diferite tipuri de oscilații, cum ar fi oscilația-în fază,-oscilația în-fază și oscilația ne-lină. Aceste probleme nu numai că duc la instabilitatea sistemului, dar pot, de asemenea, să compromită siguranța și eficiența întregului proces de producție. Acest articol va discuta caracteristicile acestor trei tipuri de oscilații și contramăsurile corespunzătoare pentru referință.
I. În-oscilație de fază
În-oscilația în fază, variabila de proces și ieșirea controlerului prezintă aceleași puncte de creștere, scădere și inflexiune; cele două curbe sunt similare sau simetrice. Acest tip de oscilație este adesea cauzat de perturbații externe sau câștig proporțional excesiv.
Soluţie:Încercați să reduceți câștigul proporțional cu o-treime și observați dacă oscilația se înrăutățește. Dacă oscilația se înrăutățește, acest lucru indică faptul că problema nu se datorează, probabil, setărilor incorecte ale parametrilor PID, ci mai degrabă perturbațiilor externe. În acest caz, se recomandă restabilirea parametrilor și identificarea sursei perturbației pentru reglare. Dacă oscilația este în-fază și este cauzată de un câștig proporțional excesiv, reducerea câștigului proporțional cu o-treme va elimina adesea oscilația.
II. Oscilație în-de-fază
În oscilația în afara-de-fază, variabila de proces și ieșirea controlerului PID prezintă o pereche de vârfuri și minime, cele două curbe crescând și coborând în faze opuse. Acest tip de oscilație este, fără îndoială, cauzat de integrală excesivă
Soluţie:Încercați să setați timpul integral la o valoare care se potrivește cu perioada de oscilație. Pentru sistemele auto-echilibrate, reducerea câștigului proporțional cu o-treime va elimina oscilațiile-din-fază, deși performanța în buclă-închisă poate fi ușor degradată. Cu toate acestea, pentru sistemele integratoare, reducerea câștigului proporțional poate duce la oscilații mai severe, cu frecvență mai scăzută-de-fază.
III. Oscilație ne-lină
În oscilația ne-lină, variabila de proces și ieșirea controlerului prezintă o undă pătrată și, respectiv, o undă cu dinte de ferăstrău. Acest tip de oscilație este adesea cauzat de neliniaritatea supapei de control.
Soluţie:Rezolvarea oscilațiilor ne-line necesită de obicei reglarea supapei de control, inclusiv lubrifierea, slăbirea garniturii, îndreptarea tijei supapei, reglarea supapelor manuale sau bypass-ului, reglarea parametrilor poziționerului și înlocuirea supapei. În astfel de cazuri, reglarea parametrilor PID este adesea inutilă și poate pune la îndoială validitatea metodei de reglare.
IV. Concluzii și recomandări
Când abordăm problemele de oscilație în buclele de control automat PID, ar trebui mai întâi să luăm în considerare reducerea câștigului proporțional, deoarece aceasta este metoda preferată pentru rezolvarea oscilațiilor atât în-fază, cât și în afara-de-fază. Pentru sistemele de auto-echilibrare, controlul PI este simplu, eficient, robust și aplicabil pe scară largă; este o alegere excelentă atunci când performanța de vârf nu este o prioritate. Pentru sistemele de auto-echilibrare în care performanța maximă nu este o prioritate, controlul PI este simplu, eficient, robust și aplicabil pe scară largă. Acesta este, de asemenea, motivul pentru care controlul PI este utilizat atât de larg în industrie. Performanța finală a unui controler PI depinde de informațiile disponibile despre model ale obiectului controlat. Pentru a depăși și mai mult performanța maximă-în buclă închisă, inginerii îmbunătățesc adesea arhitectura sistemului-, de exemplu, prin implementarea feedforward în cascadă sau chiar prin modernizarea echipamentelor. Din punct de vedere academic, cercetătorii rafinează adesea algoritmii PID, compensând limitările hardware cu algoritmi mai buni. Astfel de cerințe sunt rar întâlnite în producția efectivă; mai des, accentul este pus pe abordarea oscilațiilor cauzate de parametrii nerezonabili și de respingerea insuficientă a perturbațiilor. Utilizarea pe scară largă a controlului cu o singură-buclă în domeniu indică, de asemenea, că există încă un spațiu semnificativ de îmbunătățire a automatizării! Fie că este vorba de performanța unei bucle unice, de utilizarea poziției supapei și de flexibilitatea punctului de referință sau de optimizarea coordonării și a constrângerilor cu mai multe-variabile, reglarea PID este doar o parte a muncii. Pentru a spori și mai mult siguranța și eficiența, controlul proceselor ar trebui să se concentreze mai mult pe aceste domenii.
În controlul procesului, modelele precise sunt dificil de obținut, iar întârzierea pură este un fenomen comun. Acesta poate fi motivul pentru care, în ciuda apariției constante de noi algoritmi, PID rămâne mereu-popular în controlul proceselor. PID, atunci când este combinat cu feedback, este excepțional de puternic! Odată ce acest lucru este recunoscut, metoda de acordare specifică devine mai puțin importantă; înțelegerea limitelor care afectează-performanța în buclă închisă și capacitățile PID este mult mai crucială.