Ինչպես է PID ջերմաստիճանի կարգավորիչը վերացնում ջերմաստիճանի գերազանցումը:

Գերազանցման խնդիրը, որի մասին որևէ մեկը չի խոսում

Ջերմաստիճանի գերազանցումը ոչ միայն անհարմարություն է՝ դա գործընթացի ավարտն է: Ջերմային մշակման ժամանակ նպատակային ջերմաստիճանի մի քանի աստիճանով գերազանցումը կարող է փոխել մասնակի մետաղագիտական հատկությունները, վատացնելով դրա ամրությունը կամ մաշվելու դիմացկունությունը: Ֆարմակեվտիկական արտադրության մեջ գերազանցումը կարող է վնասել ջերմային զգայուն միացությունները: Կիսահաղորդչային արտադրության մեջ այն կարող է վնասել ամբողջ վաֆերի շարքը:

Սակայն շատ օպերատորներ ընդունում են գերազանցումը որպես ջերմաստիճանի վերահսկման անխուսափելի առանձնահատկություն։ Դա չէ։ Ճիշտ կարգավորված PID ջերմաստիճանի կարգավորիչը կարող է գործընթացը հասցնել սահմանված արժեքին՝ նվազագույն կամ զրոյական գերազանցմամբ հիմնական բանը երեք տերմինների՝ համեմատականի, ինտեգրալի և ածանցյալի փոխազդեցության հասկանալն է և դրանց կարգավորումը՝ հաշվի առնելով գործընթացի հատուկ դինամիկան։

Դիտարկենք մեծ արդյունաբերական վառարաններ օգտագործող սննդի մշակման գործարան, որտեղ թխվում են սննդային արտադրանքներ։ Օրիգինալ կառավարման համակարգը օգտագործում էր պարզ միացման-անջատման կարգավորիչ։ Ջերմաստիճանը անընդհատ տատանվում էր սահմանված արժեքից մի քանի աստիճանով վերև և ներքև։ Արտադրանքի որակը տարբերվում էր լույսից լույս, իսկ էներգիայի սպառումը գերազանցում էր անհրաժեշտից, քանի որ տաքացման տարրերը ամբողջությամբ աշխատում էին ավելի երկար, ք чем անհրաժեշտ էր։ PID կարգավորիչի անցումը և դրա ճիշտ կարգավորումը զգալիորեն նվազեցրեց ջերմաստիճանի տատանումները և բարելավեց արտադրանքի համասեռությունը։ Գերազանցումը, որը նախկինում համարվում էր «նորմալ», հայտնաբերվեց, որ այն ամբողջությամբ խուսափելի է։

ՊԻԴ տերմինների վերլուծություն. Յուրաքանչյուրը իրականում ինչ է անում

ՊԻԴ կառավարիչը հաշվարկում է ճշտում՝ հիմնված երեք առանձին տերմինների վրա, որոնցից յուրաքանչյուրը լուծում է կառավարման խնդրի տարբեր ասպեկտներ .

Համեմատական (P) — Ճշտումը համեմատական է ընթացիկ սխալին։ Մեծ սխալ՝ մեծ ճշտում։ Փոքր սխալ՝ փոքր ճշտում։ Խնդիրն այն է, որ սխալը զրոյին մոտենալիս ճշտումը նույնպես զրոյին է մոտենում, և ջերմաստիճանը երբեք չի հասնում նշված արժեքին։ Միշտ մնում է մնացորդային շեղում .

Ինտեգրալ (I) — Այս տերմինը վերլուծում է սխալի ժամանակային հավաքածուն։ Որքան երկար է ջերմաստիճանը մնում նշված արժեքից ցածր, այնքան մեծանում է ինտեգրալ տերմինը, որը մեղմացնում է մնացորդային շեղումը սակայն ինտեգրալ ազդեցությունն ունի թերություն. այն շարունակում է աճել ճշտումը, նույնիսկ երբ ջերմաստիճանը մոտենում է նշված արժեքին, ինչը հանգեցնում է նրան, որ ջերմաստիճանը գերազանցում է թիրախը՝ առաջացնելով գերազանցում

Ածանցյալ (D) — Այս տերմինը կանխատեսում է ջերմաստիճանի փոփոխման ուղղությունը՝ հիմնվելով փոփոխման արագության վրա: Եթե ջերմաստիճանը արագ բարձրանում է դեպի սահմանված արժեքը, ապա ածանցյալ տերմինը նվազեցնում է ճշգրտումը՝ այն դանդաղեցնելու համար մինչև այն պահը, երբ կատարվի վերագերազանցում . Ածանցյալը այն տերմինն է, որը կանխարգելում է վերագերազանցումը, սակայն այն նաև ամենաշատը զգայուն է աղմուկի նկատմամբ և ամենադժվարը՝ ճիշտ կարգավորելու համար

Շատ կառավարիչներ կարող են աշխատել միայն P և I տերմիններով, սակայն վերագերազանցման համաստեղ վերացման համար անհրաժեշտ է ածանցյալ տերմինը .

Ինչպես է իրականում տեղի ունենում վերագերազանցումը

Վերագերազանցումը չի առաջանում մեկ գործոնի շնորհիվ: Դա մի քանի դինամիկ գործընթացների փոխազդեցության արդյունքն է

Ինտեգրալ վերալիցքավորում — Երբ ջերմաստիճանը շատ հեռու է սահմանված արժեքից, ինտեգրալ տերմինը կուտակում է մեծ ճշգրտման արժեք: Նույնիսկ այն դեպքում, երբ ջերմաստիճանը հասնում է սահմանված արժեքին, այդ կուտակված ճշգրտումը անմիջապես չի վերանում: Այն շարունակում է կառավարել ելքը՝ մղելով ջերմաստիճանը նպատակային արժեքից վերև

Գործընթացի արգելակում — Ջերմությունը չի փոխանցվում ակնհայտորեն: Միշտ կա ժամանակային դադար այն պահի և ջերմաստիճանի արձագանքի միջև, երբ կառավարիչը կիրառում է հզորություն: Այդ դադարի ընթացքում կառավարիչը կարող է շարունակել կիրառել ճշտում՝ հիմնված հին տվյալների վրա, ինչը կարող է հանգեցնել գերազանցման, մինչև այն հասկանա, թե ինչ է տեղի ունեցել:

Ագրեսիվ ճշտում — Որոշ օպերատորներ մեծացնում են համեմատական գործակիցը՝ ավելի արագ արձագանք ստանալու համար: Ավելի արագ արձագանքը հաճախ նշանակում է ավելի մեծ գերազանցում: Սա մի փոխզիջում է, որը պահանջում է համապատասխան կառավարում:

Նպատակային արժեքի փոփոխություններ — Կառավարիչը, որը կատարյալ է աշխատում մեկ նպատակային արժեքի դեպքում, կարող է վատ գերազանցել նպատակային արժեքի փոփոխության դեպքում, հատկապես եթե գործընթացի դինամիկան ոչ գծային է:

Գերազանցման նվազեցման ճշտման ռազմավարություններ

Գերազանցումը նվազեցնելու կամ վերացնելու մի քանի մոտեցում կա: Յուրաքանչյուրը իր տեղն ունի:

Ձեռքով ճշտում — Ավանդական մոտեցումը. Ինտեգրալ ժամանակը սահմանել նրա մաքսիմալ արժեքի, իսկ ածանցյալը՝ զրոյի, ապա մեծացնել համեմատական գործակիցը, մինչև օղակը սկսի հաստատուն ամպլիտուդով տատանվել։ Կեսի կրճատել գործակիցը, ապա հարմարեցնել ինտեգրալ բաղադրիչը՝ շեղումը վերացնելու համար, իսկ վերջում մեծացնել ածանցյալը՝ մինիմալացնելու վերահասական արժեքը սա աշխատում է, սակայն ժամանակատար է և պահանջում է փորձ։

Ավտոկարգավորում — Շատ ժամանակակից PID կարգավորիչներ առաջարկում են ավտոկարգավորման ֆունկցիա։ Կարգավորիչը կատարում է փորձարկման հաջորդականություն՝ սովորաբար կիրառելով քայլային փոփոխություն և դիտելով պատասխանը, ապա ինքնուրույն հաշվում է PID պարամետրերը ավտոկարգավորումը ձեզ մոտեցնում է ճիշտ արժեքներին, սակայն այն միշտ չէ, որ օպտիմալ է տվյալ շահագործման պայմանների համար։

Նպատակային արժեքի կշռում — Որոշ կարգավորիչներ թույլ են տալիս համեմատական և ածանցյալ բաղադրիչներին տարբեր կերպ ազդել նպատակային արժեքի և գործընթացի փոփոխականի վրա։ Սա կարող է նվազեցնել վերահասական արժեքը նպատակային արժեքի փոփոխության ժամանակ՝ առանց խաթարելու խո disturbանցումների դիմացկունությունը։

Ածանցյալը չափման վրա — Այստեղ ածանցյալը հաշվարկվում է ոչ թե սխալի վրա (ինչը մեծացնում է սահմանման փոփոխությունները), այլ միայն գործընթացի փոփոխականի վրա: Սա կանխում է կառավարիչի ագրեսիվ ռեակցիան սահմանման փոփոխությունների նկատմամբ՝ միաժամանակ ճնշելով տատանումները:

Իրականության ստուգում. Ինչ կարող է և ինչ չի կարող անել կարգավորումը

Լավ կարգավորված PID կառավարիչը կարող է վերացնել գերազանցումը տվյալ շահագործման պայմանների դեպքում: Սակայն պայմանները փոխվում են: Արտադրանքի բեռնվածությունը փոխվում է, շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը տատանվում է, տաքացման տարրերը մաշվում են, սենսորները շեղվում են: Այն կառավարիչը, որը վեց ամիս առաջ կատարյալ էր, այսօր կարող է գերազանցել:

Վերևի աղյուսակը ցույց է տալիս փոխզիջումները: Պարզ մեթոդները հեշտ են իրականացնել, սակայն ավելի քիչ հարմարվող են: Ընդարձակ մեթոդները ավելի լավ արդյունքներ են տալիս, սակայն պահանջում են ավելի մեծ մասնագիտական իմացություն:

Հետազոտությունները ցույց են տվել, որ օպտիմալ PID կարգավորումը կարող է զգալիորեն նվազեցնել վերահասանքը՝ շատ դեպքերում մի քանի տոկոսից մինչև գրեթե զրո: Սակայն դրա հասնելու համար անհրաժեշտ է գործընթացի հասկանալը, ոչ թե պարզապես ավտոմատ կարգավորման ռեժիմի աշխատացումը և հեռանալը:

Իրական աշխարհի օրինակ՝ Այն էքստրուդերը, որը չէր կայունանում:

Պլաստմասսայի թաղանթի էքստրուզիայի գիծը փորձարկում էր մոտավորապես ±3°C տատանումներ սահմանված արժեքի շուրջ: Արտադրանքը՝ փաթեթավորման համար նախատեսված բարակ թաղանթը, պահանջում էր ±1°C-ից լավ կայունություն հաստության համաստեղության համար: Առկա կառավարիչը տեղադրման ժամանակ ավտոմատ կարգավորվել էր և հետագայում չէր փոխվել:

Սպասարկման թիմը փորձեց ածանցյալ արժեքը մեծացնել՝ տատանումները թուլացնելու համար: Սա վատացրեց իրավիճակը՝ կառավարիչը ավելի շատ աղմուկ ստեղծեց և սկսեց անկայուն աշխատել: Նրանք փորձեցին նվազեցնել համեմատական գործակիցը: Դա կայունացրեց համակարգը, սակայն առաջացրեց մշտական շեղում, որը շատ երկար ժամանակ էր պահանջում ճշգրտման համար:

Լուծումը գալիս էր կարգավորման մոտեցման ամբողջությամբ վերամտածելուց: Կարգավորումը չէր կատարվում շահագործման սահմանային կետում, այլ կատարվում էր քայլային պատասխանի փորձ՝ ընդգրկելով ավելի լայն միջակայք, որպեսզի բնութագրվեն գործընթացի դինամիկական հատկանիշները: Պարզվեց, որ գործընթացի ժամանակային հաստատունը երկար էր, քան ինքնակարգավորման ռուտինը ենթադրել էր: Ճշմարիտ պարամետրերով՝ բարձրացված ինտեգրալ ժամանակ, նվազեցված համեմատական գերազանցում և համապատասխանաբար ճշգրտված ածանցյալ անդամ՝ տատանումները վերանացան: Ջերմաստիճանը պահպանվում էր ±0.5°C սահմաններում՝ առանց գերազանցման սահմանային կետի փոփոխության ժամանակ:

Դասը՞. Ինքնակարգավորումը սկզբնական կետ է, ոչ թե վերջնական պատասխան: Գործընթացի բնութագրումը կարևոր է:

Գերազանցման բացակայության համար գործնական ուղեցույցներ

Այն գործառնությունների համար, որոնք ձգտում են նվազեցնել կամ վերացնել գերազանցումը, ահա գործնական առաջարկներ.

1. Սկսեք ինքնակարգավորման հետ , սակայն ստուգեք արդյունքները: Կատարեք քայլային փոփոխություն և հետևեք պատասխանին: Եթե գերազանցումը գերազանցում է թույլատրելի սահմանները, ապա անհրաժեշտ է ձեռքով կարգավորում:

2. Աստիճանաբար մեծացրեք ածանցյալ անդամը . Շատ փոքր ածանցյալը թույլ է տալիս վերագերազանցում: Շատ մեծ ածանցյալը աղմուկային և անկայուն դարձնում է կառավարիչը: Գտեք օպտիմալ հավասարակշռությունը:

3. Հսկեք ինտեգրալ մետաղական աճը . Շատ կառավարիչներ առաջարկում են մետաղական աճի դեմ ֆունկցիաներ՝ օգտագործեք դրանք: Եթե կառավարիչը չունի մետաղական աճի դեմ ֆունկցիա, կարող եք սահմանափակել ինտեգրալ արժեքի կուտակման տիրույթը:

4. Կատարեք կարգավորումը իրական շահագործման պայմաններում , ոչ թե հարմարավետ փորձարկման ջերմաստիճանում: Պրոցեսի դինամիկան հաճախ փոխվում է ջերմաստիճանի փոփոխման հետ մեկտեղ:

5. Կատարեք կրկնակի կարգավորում պարբերաբար . Սենսորները շեղվում են, տաքացնող սարքերը մաշվում են, իսկ պրոցեսի բնութագրերը փոխվում են: Ամենամյա կրկնակի կարգավորումը մեծամասնության համար հիմնավորված սկզբնական կետ է:

Երբ վերագերազանցումը իրականում թույլատրելի է

Ոչ բոլոր կիրառումներն են պահանջում զրոյական վերագերազանցում: Որոշ պրոցեսներում փոքր վերագերազանցումը թույլատրելի է՝ կամ նույնիսկ օգտակար, եթե դա նվազեցնում է ընդհանուր ցիկլի տևողությունը: Հիմնական կետը պրոցեսի պահանջների ճիշտ հասկանալն է և համապատասխան կարգավորումը:

Այն գործընթացների համար, որտեղ վերագերումը իսկապես անընդունելի է՝ կրիտիկական համաձուլվածքների ջերմային մշակում, դեղագործական չորացում, կիսահաղորդիչների մշակում, առաջադեմ կառավարման ռազմավարությունների ներդրումը արդարացված է: Փոքր կարևորության կիրառումների համար փոքր վերագերումը կարող է լինել ընդունելի փոխզիջում ավելի արագ պատասխանի համար:

Նպատակը չի հանդիսանում վերագերման ամեն գնով վերացումը: Նպատակն է այնպիսի կառավարում, որը հուսալի և կրկնվող կերպով բավարարում է գործընթացի պահանջները: Ճիշտ կարգավորված PID ջերմաստիճանի կառավարիչները այդպիսի կառավարում են ապահովում:

Ջերմաստիճանի կարգավորման սարքավորումներ՝ այնպիսի արտադրողներից, ինչպես Չժեցզյան Սուոսիտե Էլեկտրական Տեխնոլոգիա ապահովում են ճշգրիտ PID կառավարման համար անհրաժեշտ սարքային հիմքը: Նրանց ջերմաստիճանի կարգավորիչները ներառում են ինքնակարգավորման, ձեռքով կարգավորման տարբերակների և ճկուն PID պարամետրերի ճշգրտման հնարավորություններ՝ օպերատորներին տրամադրելով այն միջոցները, որոնք թույլ են տալիս հարմարեցնել կառավարման ստրատեգիան գործընթացի իրական պայմաններին: Լավ կարգավորիչի և հիասքանչ կարգավորիչի միջև տարբերությունը հաճախ կախված է նրանից, թե որքան լավ է աջակցվում կարգավորման գործընթացը, այլ ոչ թե միայն սարքային սպեցիֆիկացիաներից: