Op het gebied van industriële automatisering worden PID-regellussen veel gebruikt. Tijdens bedrijf komen we echter vaak verschillende soorten oscillatie tegen, zoals in-fase-oscillatie,-uit--fase-oscillatie en niet-gladde oscillatie. Deze problemen leiden niet alleen tot systeeminstabiliteit, maar kunnen ook de veiligheid en efficiëntie van het gehele productieproces in gevaar brengen. Dit artikel bespreekt ter referentie de kenmerken van deze drie soorten oscillatie en de bijbehorende tegenmaatregelen.
I. In-fase-oscillatie
Bij in-fase-oscillatie vertonen de procesvariabele en de controlleruitgang dezelfde stijgings-, dalings- en buigpunten; de twee curven zijn vergelijkbaar of symmetrisch. Dit type oscillatie wordt vaak veroorzaakt door externe verstoringen of overmatige proportionele versterking.
Oplossing:Probeer de proportionele versterking met een-derde te verminderen en kijk of de oscillatie verergert. Als de oscillatie erger wordt, geeft dit aan dat het probleem waarschijnlijk niet te wijten is aan onjuiste PID-parameterinstellingen, maar eerder aan externe storingen. In dit geval wordt aanbevolen om de parameters te herstellen en de bron van de storing te identificeren voor afstemming. Als de oscillatie in-fase is en wordt veroorzaakt door een excessieve proportionele versterking, zal het verminderen van de proportionele versterking met een-derde vaak de oscillatie elimineren.
II. Buiten-van- fase-oscillatie
Bij oscillatie buiten-- fase vertonen de procesvariabele en de uitvoer van de PID-regelaar een paar pieken en dalen, waarbij de twee curven in tegengestelde fasen stijgen en dalen. Dit type oscillatie wordt ongetwijfeld veroorzaakt door een overmatige integraal
Oplossing:Probeer de integrale tijd in te stellen op een waarde die overeenkomt met de oscillatieperiode. Voor zelf-gebalanceerde systemen zal het verminderen van de proportionele versterking met een-derde de- van- fase-oscillaties elimineren, hoewel de prestaties van de gesloten- lus enigszins kunnen afnemen. Voor integratorsystemen kan het verminderen van de proportionele versterking echter resulteren in ernstigere, lagere-frequentie-uit-van- fase-oscillaties.
III. Niet-vloeiende oscillatie
Bij een niet-soepele oscillatie vertonen de procesvariabele en de controlleruitvoer respectievelijk een blokgolf en een zaagtandgolf. Dit type oscillatie wordt vaak veroorzaakt door de niet-lineariteit van de regelklep.
Oplossing:Het oplossen van niet-soepele oscillaties vereist doorgaans het afstellen van de regelklep, inclusief smering, het losmaken van de pakking, het rechttrekken van de klepsteel, het afstellen van de handmatige kleppen of bypass, het aanpassen van de parameters van de klepstandsteller, en het vervangen van de klep. In dergelijke gevallen is het afstemmen van de PID-parameters vaak nutteloos en kan dit twijfel doen rijzen over de geldigheid van de afstemmingsmethode.
IV. Conclusie en aanbevelingen
Bij het aanpakken van oscillatieproblemen in automatische PID-regellussen moeten we eerst overwegen om de proportionele versterking te verminderen, omdat dit de voorkeursmethode is voor het oplossen van oscillaties in- zowel in- als uit- van- fase. Voor zelfbalancerende systemen- is PI-regeling eenvoudig, effectief, robuust en breed toepasbaar; het is een uitstekende keuze als topprestaties geen prioriteit zijn. Voor zelfbalancerende systemen-waar topprestaties geen prioriteit zijn, is PI-regeling eenvoudig, effectief, robuust en breed toepasbaar. Dit is ook de reden waarom PI-regeling zo veel wordt gebruikt in de industrie. De uiteindelijke prestaties van een PI-regelaar zijn afhankelijk van de beschikbare modelinformatie van het bestuurde object. Om de ultieme closed{10}}loop-prestaties nog verder te overtreffen, verbeteren ingenieurs vaak de systeemarchitectuur-door bijvoorbeeld gecascadeerde feedforward te implementeren of zelfs apparatuur te upgraden. Academisch gezien verfijnen onderzoekers vaak PID-algoritmen, waarbij ze hardwarebeperkingen compenseren met betere algoritmen. Dergelijke vereisten komen zelden voor bij de daadwerkelijke productie; vaker ligt de nadruk op het aanpakken van oscillaties die worden veroorzaakt door onredelijke parameters en onvoldoende onderdrukking van verstoringen. Het wijdverbreide gebruik van single-loopcontrole in het veld geeft ook aan dat er nog steeds aanzienlijke ruimte is voor verbetering op het gebied van automatisering! Of het nu gaat om de prestaties van een enkele-lus, het gebruik van kleppositie en instelpuntflexibiliteit, of de optimalisatie van multi-variabele coördinatie en beperkingen, PID-afstemming is slechts een deel van het werk. Om de veiligheid en efficiëntie verder te vergroten zou de procesbeheersing zich meer op deze gebieden moeten richten.
Bij procescontrole zijn nauwkeurige modellen moeilijk te verkrijgen, en pure vertraging is een veel voorkomend verschijnsel. Dit is misschien de reden waarom, ondanks de voortdurende opkomst van nieuwe algoritmen, PID steeds-populair blijft in procescontrole. PID is, in combinatie met feedback, uitzonderlijk krachtig! Zodra dit wordt onderkend, wordt de specifieke afstemmingsmethode minder belangrijk; Het begrijpen van de grenzen die van invloed zijn op de prestaties van gesloten-loops en de mogelijkheden van PID is veel belangrijker.