Ako funguje PID regulátor? Proporcionálne, integrálne a odvodené vysvetlenie

Ak sa chladiaca miestnosť posunie o 2 K nad svoju nastavenú hodnotu, potom o 3 K pod ňu a tento cyklus sa opakuje každých niekoľko minút, regulátor dostane vinu skôr ako snímač, ventil alebo pohyb dverí. Hardvér je väčšinou v poriadku a nastavenia slučky nie.

Krátka odpoveď na to, ako PID regulátor funguje: meria procesnú premennú, porovnáva ju s požadovanou hodnotou a riadi pohon pomocou korekcie zostavenej z troch pojmov. Pomerný člen odpovedá na chybu, ktorá práve existuje. Integrálny člen odpovedá na chybu, ktorá sa časom nahromadila. Odvodený výraz odpovedá na to, ako rýchlo sa chyba mení. Spolu vytvárajú výstup, ktorý otvára ventil, mení rýchlosť ventilátora alebo znižuje kapacitu kompresora.

Hlavná myšlienka: Merať, porovnávať, opravovať

Každá slučka PID má štyri časti: snímač, ktorý hlási procesnú premennú, regulátor, ktorý drží nastavenú hodnotu a vykonáva výpočty, ovládač, ktorý môže zmeniť proces, a samotný proces. Snímač napája ovládač, ovládač pohybuje ovládačom a ovládač mení to, čo snímač číta. Ten kruh je uzavretá slučka.

Regulátor zopakuje jeden výpočet v pevnom intervale, vzorkovací čas. Odčíta nameranú hodnotu od požadovanej hodnoty a rozdiel nazýva chybou. V aplikácii chladenia poskytuje nameraná hodnota nad nastavenou hodnotou kladnú chybu a väčšie chladenie. Nakonfigurujte slučku nesprávnym spôsobom a stane sa reverzným, keď by mala pôsobiť priamo; utečie namiesto toho, aby sa usadil, a žiadne ladenie to nespraví.

Výstup zodpovedá všetkému, čo pohon očakáva: 0 až 10 V pre modulačný ventil, 4 až 20 mA pre polohovadlo, reléový kontakt pre kompresor alebo moduláciu šírky impulzov pre ohrievač. Reléový výstup zmení výpočet PID na prahové rozhodnutie, takže rozlíšenie slučky závisí od toho, ako často je kontakt dovolené spínať.

Čo tieto tri pojmy v skutočnosti robia

Každý člen má úlohu a každý sa dá vypnúť nastavením jeho zosilnenia na nulu. Mnohé pracovné slučky bežia ako PI regulátory, pretože derivačné pôsobenie len málo prispieva k pomalému teplotnému procesu.

Proporcionálne obdobie

Proporcionálny člen násobí aktuálnu chybu ziskom. So ziskom 2 a chybou 3 K sa výstup posunie o 6 jednotiek. Väčšie zosilnenie znamená rýchlejšiu korekciu, ale za bodom slučka osciluje, pretože regulátor reaguje na meranie, proces ešte nedokončil. Iba proporcionálny regulátor zriedka pristane presne na žiadanej hodnote. Usadí sa tam, kde je zostávajúca chyba dostatočne veľká na to, aby udržala výstup, ktorý proces potrebuje, a tento zvyšok je vyrovnaný v ustálenom stave.

Integrálny termín

Integrálny člen akumuluje chybu v priebehu času a neustále pridáva korekciu, kým chyba pretrváva, zvyčajne vyjadrená v opakovaniach za minútu alebo sekundách na opakovanie. Odstraňuje posun, a preto PI slučka dokáže udržať teplotu chladenej vody presne tam, kde ju chcete. Cena je oneskorená: integrálna akcia je založená na histórii, takže po odstránení chyby neustále tlačí a vytvára pomalú osciláciu, ktorej výskyt trvá oveľa dlhšie ako proporcionálna oscilácia. Tiež sa vetrá. Ak je ventil už úplne otvorený, člen neustále hromadí korekciu, ktorú nemôže poskytnúť, a slučka zle prekmitne, keď sa chyba konečne obráti.

Termínín derivátu

Derivačný člen reaguje na rýchlosť zmeny chyby a pôsobí proti pohybu, čo tlmí slučku a umožňuje vyšší proporcionálny zisk. Zosilňuje tiež šum snímača, pretože malé hlučné čítanie počas krátkeho vzorkovacieho času vyzerá ako obrovská rýchlosť zmeny. V praxi je derivačná činnosť filtrovaná, vypočítaná na základe merania a nie chyby, alebo jednoducho ponechaná na nule.

A Príklad chladenia: Kontrola prehriatia

Vezmite elektronický expanzný ventil na chladič. Riadenou veličinou je prehriatie na výstupe z výparníka, požadovaná hodnota môže byť 5 K a ovládačom je motor ventilu alebo proporcionálny solenoid. Keď prehriatie stúpne nad nastavenú hodnotu, ventil sa otvorí, aby vpustil viac chladiva. Proporcionálny člen ho otvára úmerne k chybe, integrálny člen ho stále posúva, kým sa prehriatie neusadí, a derivačný člen, ak sa používa, spomalí otváranie, keď prehriatie začne klesať, takže ventil neprekročí do spätného zaplavenia kvapaliny.

Rovnaká štruktúra sa objavuje v celom chladiarenskom zariadení. Kondenzačný tlak je často udržiavaný moduláciou otáčok ventilátora kondenzátora, čo z neho robí tlakovú slučku. Kapacita kompresora môže byť znížená pomocou slučky, ktorá premieňa chybu sacieho tlaku na príkaz invertora. Slučky izbovej teploty a teploty produktu majú dlhý mŕtvy čas a zvyčajne prebiehajú bez derivačnej činnosti.

Regulátor tlaku chladenia s mechanickým ukazovateľom displeja Poskytuje monitorovanie vysokého a nízkeho tlaku s automatickým resetom, čím pomáha chrániť kompresory, ventilátory a vypúšťacie ventily v chladiacich systémoch. Zobraziť produkt →

Tuning bez dohadov

Pojmy sa vzájomne ovplyvňujú, takže ladenie má pevné poradie:

1. Vložte slučku do manuálu a uistite sa, že ovládač prejde celý svoj rozsah bez prilepenia.
2. Nastavte integrál a deriváciu na nulu, potom zvyšujte proporcionálne zosilnenie, kým meranie neukáže malé nepretržité kmitanie.
3. Znížte proporcionálny zisk približne na polovicu tejto hodnoty.
4. Pomaly pridávajte integrálnu akciu, kým offset nezmizne v prijateľnom čase.
5. Deriváciu pridajte iba vtedy, ak prekmit zostane a signál je čistý.

Mŕtvy čas rozhoduje o tom, ako tvrdo sa dá slučka stlačiť. Ak proces potrebuje 60 sekúnd na odozvu na pohyb ventilu a jeho časová konštanta je 300 sekúnd, pomer 0,2, klasické pravidlá ako Ziegler-Nichols alebo lambda ladenie vytvárajú funkčné zisky. Ak je mŕtvy čas porovnateľný s časovou konštantou, napríklad snímač namontovaný ďaleko za ventilom, nič nezrýchli slučku a skutočným riešením je posunúť snímač alebo pridať spätnú väzbu.

Praktické problémy na pôde závodu

Väčšina problémov s uvedením do prevádzky spadá do niekoľkých kategórií:

• Integrálne navíjanie. Výstup sa nasýti oproti limitu, kým chyba pretrváva, a slučka prekročí, keď sa chyba obráti. Rieši to anti-windup logika a výstupné upínanie.
• Hluk snímača. Filter, ktorého časová konštanta je blízka času vzorkovania, môže takmer zdvojnásobiť mŕtvy čas slučky. Filtrujte vstup, nie výstup.
• Pásmo necitlivosti ovládača. Ventil, ktorý potrebuje 3-percentnú zmenu výstupu predtým, ako sa pohne, nastavuje pevný limit, do akej miery môže slučka držať.
• Ukážkový čas. Slučka skenovaná raz za minútu nemôže riadiť proces s 30 sekundovou časovou konštantou.
• Nelinearita. Ventil, ktorý je jemný blízko stredu dráhy a náhly v blízkosti sedadla, môže vyžadovať plánovanie zisku alebo charakterizovaný výstup.

Kde sa PID stretáva s chladiacim a klimatizačným hardvérom

Výstup PID má význam len vtedy, ak ho môže pohon použiť. Proporcionálne solenoidové ventily, elektronické expanzné ventily, pohony s premenlivou frekvenciou na ventilátoroch kondenzátora a trojcestné ventily na riadenie prietoku prijímajú nepretržitý signál a modulujú sa. Zariadenia na zapínanie a vypínanie, ako sú štandardné solenoidové ventily, tepelné expanzné ventily typu banky a mechanické tlakové spínače, sú prahové zariadenia, takže regulátor PID, ktorý ich riadi, skutočne generuje pracovný cyklus.

Tento rozdiel mení spôsob posudzovania komponentov. Ventil, ktorý roky sleduje modulačný signál, sa opotrebováva inak ako ventil, ktorý sa spína niekoľkokrát za hodinu, a preto dlhodobá prevádzka modulačného solenoidového ventilu si zaslúži pozornosť pred uvedením slučky do prevádzky.

Dodávatelia ako Dingsen, výroba chladiacich a automobilových klimatizačných dielov od roku 2008 zostavte regulátory tlaku, ventily a medené armatúry, ktoré sú umiestnené na prijímacom konci týchto signálov.

Solenoidový ventil EVR pre chladenie a klimatizáciu Riadi prietok chladiva v kvapalinovom, sacom a horúcom plynovom potrubí s priamo pôsobiacimi a pilotne riadenými možnosťami pre chladiace systémy. Zobraziť produkt →

Tepelný expanzný ventil s nastaviteľnou reguláciou prehriatia Reguluje prietok chladiva na udržanie prehriatia, má telo typu H a statické nastavenie prehriatia na 0–8 °C pre chladiace systémy. Zobraziť produkt →

Určenie ovládača: Čo skontrolovať

• Typ vstupu a rozsah, prispôsobené skutočnému senzoru: NTC, PT100, 4 až 20 mA alebo 0 až 10 V.
• Typ výstupu a rozlíšenie: relé, polovodičový reléový pohon, prúd, napätie alebo PWM.
• Vzorkovacia frekvencia, dostatočne rýchla pre proces, ale nie taká rýchla, aby vo výpočtoch dominoval šum.
• Automatické ladenie, anti-windup a bezproblémový prechod medzi manuálnym a automatickým režimom.
• Výstupné limity a alarmy, vrátane horných a nízkych svoriek pre integrálny člen.
• Prostredie: montáž na panel alebo lištu DIN, krytie IP, okolitá teplota, vibrácie a tolerancia napájacieho napätia.

PID regulátor sú tri korekcie sčítané a opakované na hodinách: jedna proti aktuálnej chybe, jedna proti akumulovanej chybe a jedna proti rýchlosti zmeny. Fyzika procesu stanovuje strop výkonu a nastavenia rozhodujú o tom, ako blízko sa k nemu slučka dostane. Správne nasmerujte ovládač, poctivo merajte mŕtvy čas a udržujte skromné ​​zisky. Táto kombinácia rieši viac slučiek ako akékoľvek agresívne ladenie.