PID Kontrollerinde Aşmayı Azaltma Kılavuzu
I. Aşma ve PID Kontrolüne Giriş
Modern endüstriyel prosesler, teknolojik uygulamalar ve otomasyon sistemleri, kontrol ve otomasyon sistemlerine dayanmaktadır. Bu sistemler, dinamik sistemlerin hassas bir şekilde yönetilmesini ve düzenlenmesini sağlar. Sistemler, tüketici ürünlerindeki mikroelektronikten üretim tesislerindeki veya kritik altyapıdaki büyük operasyonlara kadar değişebilir. Birçok başarılı kontrol stratejisinin merkezinde, yaygın olarak PID olarak bilinen Oransal-İntegral-Türev denetleyicisi yer alır. PID kontrolörü ve#39; Birincil amacı, proses değişkenini veya PV'yi (mevcut ölçüm) ölçmek ve bunu istenen hedef olan bir ayar noktası değeri (SP) ile karşılaştırmaktır. Daha sonra farkı (hata olarak bilinir) azaltmak için sistemin girişini ayarlar. RağmenPID denetleyicileribu hedefe ulaşmada oldukça verimli olabilirler, ancak her zaman optimal değildirler. Aşma yaygın bir sorundur. Proses değişkeni, yerleşmeden önce kısa bir süre için istenen ayar noktasını aştığında, buna aşma denir. Aşma, bazen kaçınılmaz olsa bile istenmeyen bir durum olabilir. Bu, kararsızlığa ve mekanik hasara neden olabilir. Aynı zamanda süreci yavaşlatır. Aşmanın nedenlerini ve bunu en aza indirmek için kullanılabilecek teknikleri anlamak, PID uygulamaları için optimum performans elde etmek için çok önemlidir. Bu kılavuz, PID Aşmanın nedenlerini keşfedecek ve bu istenmeyen fenomeni azaltmak için çeşitli stratejiler ve yöntemler sağlayacaktır.
II. PID kontrolünde aşma neden olur?
Kp, Ki ve Kd kazanımlarının etkileşimi (kontrolör ve#39; s kazanımları) PID kontrollü sistemin davranışını belirler. PID algoritması, her biri kendi katkısına sahip birçok terimden oluşur. Yanlış ayarlama, aşmaya ve dengesizliğe neden olabilir.
PID yanıtları Orantılı terim (P) üzerine inşa edilmiştir. Çıkış, akım hatası ile orantılıdır. Hata yüksekse, orantılı terimlerin sistemi düzeltmeleri daha hızlı yapmaya iteceği mantıklıdır. Daha güçlü yanıtlarla sonuçlanan Daha Yüksek Orantılı Kazançlar (Kp), hatanın hızlı bir şekilde azaltılmasına yardımcı olabilir. Ancak bu hızlı düzeltme sorunlu olabilir. Yüksek bir Kp, sistemin doğal bir ataletine veya önemli bir sönümlemeye sahipse, proses değişkeninin ayar noktasını aşmasına neden olabilir. Aşma, bu doğal özellikten kaynaklanır.
Bu terim (D) ek bir beklenti bilgisi katmanı ekler. Türev (D) terimi, hatanın değişme hızını hesaplar ve bu orana zıt bir çıktı üretir. Süreçteki değişkenin hızla yön değiştirmesini önlemek için uygulanan bir kuvvet olduğunu hayal edin. Karşıt kuvvet bir damper gibidir. Sistemin ayar noktasını aşmasını önleyerek, uygun şekilde ayarlanmış bir D terimi aşmayı önemli ölçüde azaltacaktır. D terimi tepkiyi yumuşatır ve sistemin daha yumuşak bir şekilde yerleşmesine yardımcı olur. D terimi gürültüye karşı çok hassastır. D terimi, sensör sinyalleri hızlı dalgalanmalar içeriyorsa gürültüyü artırabilir. Bu, istikrarsızlık veya aşırıya kaçma gibi güvenilmez düzeltmelere yol açabilir. Kontrol sisteminin hassasiyeti çok önemlidir ve dikkatli bir şekilde ayarlanmalıdır.
Öte yandan, integral (I), hatanın başka bir yönünü ele alır. İntegral terim kümülatif hatayı hesaplar. İntegral terimi, ne kadar küçük olursa olsun, hata devam ederse kontrolörün çıktısını artıracaktır. Bu, sistemi düzeltilene kadar daha çok çalışmaya iter. Kararlı durum hatasını ortadan kaldırmak ve proses değişkeninin ayar noktasına ulaşmasını sağlamak I-teriminin birincil amacıdır. I terimi, oldukça avantajlı olsa da, dolaylı olarak aşmaya katkıda bulunabilir. İntegral terimi, önemli itici güçler ekleyerek, özellikle sistem dinamikleri P veya D terimlerinin integral eylemlere yeterince hızlı bir şekilde karşı koymasını engelliyorsa, ayar noktalarını aşabilir. Daha çok zaman içinde itici güçlerin birikimi ile ilgilidir. Bununla birlikte, D ve P terimleriyle de etkileşime girebilir ve Ki çok yükselirse veya sistem dinamikleri anlaşılmazsa salınımlara veya aşmaya neden olabilir.
Kontrol sürecinin doğal özellikleri, PID'nin davranışını büyük ölçüde etkiler. Buna aşma da dahildir. Sistemin sırası (yani birinci dereceden veya ikinci dereceden), doğal frekansı ve sönümleme oranı önemli faktörlerdir. Düşük sönümlemeye ve yüksek doğal frekansa sahip bir sistemde aşma meydana gelme olasılığı daha yüksektir. Etkili ayarlama için bu dinamikleri anlamak önemlidir. İşlemin düşük sönümlemesi varsa veya salınımlıysa, PID kazançlarını dikkatli bir şekilde dengeleyerek aşmayı azaltın.
III. Aşmayı azaltmak için birincil ayarlama yöntemlerine odaklanın
Aşma, Oransal (Kp), İntegral (Ki) ve Türev (Kd) gibi PID kazançları ayarlanarak doğrudan ele alınabilir. Bu parametreler, duyarlılık, kararlılık ve sönümleme arasında bir denge kuracak şekilde ayarlanır. Aşmayı azaltmak için, önce Kp ve Ki ayarlanır. Ki daha sonra, sistem makul ölçüde kararlı hale geldikten sonra kararlı durum hatasını ortadan kaldırmak için ayarlanır.
Çoğu zaman, yapılacak ilk şey Orantılı Kazancı ayarlamaktır. Azaltılmış Kp, sistem yanıtını yavaşlatır. Sistem yavaşlayarak daha yavaş oturabilir. Bu, aşmaya yol açabilecek enerjiyi azaltır. Bunun bir bedeli var. Daha yavaş tepki süresi, sistemin ayar noktasına ulaşmasının daha uzun süreceği anlamına gelir. Ayrıca, Kp'yi azaltmak kararlı durum hatasını tamamen ortadan kaldırmayabilir. Proses değişkeni ile ayar noktası değeri arasındaki fark olan İntegral kazancı (Ki) bu hata ile devreye girer. Azalan Kp, P&'yi azaltır#39; etkisi vardır ve genellikle dikkatli bir Ki ayarı gerektirir. Azaltılmış Kp, tepkiyi azaltmaya ve aşmayı azaltmaya yardımcı olabilir. Ancak bu, hatayı durdurmak için yeterli değildir. Değiş tokuşu yönetmek önemlidir.