Səs-küy problemləri olmadan PID idarəetməsində törəmə təsiri

Derivativ təsir çox vaxt PID kontrollerinin ən az başa düşülən hissəsidir. Proporsional təsir cari xətaya, inteqral təsir isə keçmiş xətanı toplamağa reaksiya verir. Derivativ təsir seçilmiş siqnalın nə qədər sürətlə dəyişdiyinə reaksiya verir. Diqqətlə istifadə edildikdə, sönümlənmə əlavə edir və konturun həddən artıq tənzimlənməyə doğru sürətli hərəkətə müqavimət göstərməsinə kömək edir. Ehtiyatsız istifadə edildikdə isə sensor səs-küyünü və verilən qiymət addımlarını çıxışda kəskin hərəkətə çevirir.

Praktik sual derivativ təsirin yaxşı və ya pis olması deyil. Sual budur ki, proses, ölçmə, kontrollerin tətbiqi və tənzimləmə məqsədi derivativ təsirə faydalı məlumat verirmi. Ölçülə bilən ətalətə malik hərəkət oxu sönümlənmədən faydalana bilər. Səs-küylü axın siqnalında isə yüksək tezlikli dəyişkənliyin törəməsinin hesablanması vəziyyəti pisləşdirə bilər. Yaxşı tənzimləmə bu fərqi müəyyən etməklə başlayır.

Derivativ termini nəyi ölçür

Kontroller xətası verilən qiymət ilə proses dəyişəninin fərqi kimi müəyyən edildikdə, derivativ təsir həmin xətanın dəyişmə sürətinə mütənasib olur. Xəta sürətlə dəyişirsə, derivativ töhfə daha böyük olur. Xəta sabitdirsə, xəta özü sıfır olmasa belə, derivativ töhfə sıfıra yaxınlaşır.

Derivativ təsirin həddən artıq tənzimlənməni qabaqcadan nəzərə almasının səbəbi budur. Tutaq ki, mövqe konturu hədəfə sürətlə yaxınlaşır. Qalan xəta kiçik ola bilər, lakin onun dəyişmə sürəti mexanizmin hələ də impulsa malik olduğunu göstərir. Derivativ təsir ox hədəfi keçməzdən əvvəl komandadan azalda bilər. O, gələcəyi hərfi mənada proqnozlaşdırmır; cari meylə reaksiya verir.

Derivativ termini sabit xətanın böyüklüyünə deyil, meylinə reaksiya verir.

Xətaya və ölçməyə görə derivativ təsir

Kontrollerlərin tətbiqində derivativ təsir həmişə eyni yola yerləşdirilmir. Xətaya görə derivativ təsir həm proses dəyişəninin, həm də verilən qiymətin hərəkətinə reaksiya verir. Buna görə verilən qiymətdə qəfil addım derivativ sıçrayışı adlanan böyük müvəqqəti çıxış dəyişikliyi yarada bilər. Ölçməyə görə derivativ təsir proses dəyişəninin mənfi dəyişmə sürətindən istifadə edir və verilən qiymət addımının birbaşa yaratdığı sıçrayışdan yayınır.

Mühəndislər bir strukturun olduğunu fərz etməkdənsə, kontrollerin təlimatını yoxlamalıdırlar. Bu parametr xətaya görə derivativ təsir, proses dəyişəninə görə derivativ təsir, iki sərbəstlik dərəcəli idarəetmə və ya verilən qiymətin çəkiləndirilməsi kimi təsvir edilə bilər. İstismara vermə zamanı bu fərq əhəmiyyətlidir, çünki operator verilən qiyməti dəyişdikdən sonra eyni gücləndirmə tamamilə fərqli davrana bilər.

Ölçmə səs-küyü niyə çıxış səs-küyünə çevrilir

Derivativ təsir sürətli dəyişiklikləri vurğulayır. Real sensorlarda elektrik səs-küyü, kvantlaşdırma, vibrasiya, turbulentlik və nümunələmə dəyişkənliyi olur. Hətta kiçik yüksək tezlikli komponent belə nəzərəçarpan derivativ çıxış yarada bilər. Nəticədə klapan titrəyə, ötürücünün fırlanma anı komandası fasiləsiz dəyişə və ya aktuator prosesə nəzarəti yaxşılaşdırmadan yeyilə bilər.

Buna görə praktik kontrollerlər ideal riyazi diferensiator əvəzinə süzülmüş derivativdən istifadə edir. MathWorks-un PID təlimatı ideal derivativ təsirin yüksək tezlikli səs-küyü niyə gücləndirdiyini və real sistemlərdə filtrdən nə üçün istifadə edildiyini izah edir. Filtr seçilmiş tezlikdən yuxarıda həssaslığı azaldır, lakin derivativ təsirin təmin etməli olduğu faza faydasını da azaldır. Filtrləmə tənzimləmə kompromisinin bir hissəsidir; qeyri-məhdud gücləndirməyə imkan verən həll deyil.

Nümunələmə və siqnal keyfiyyəti həddi müəyyən edir

Derivativin keyfiyyəti nümunələr arasındakı intervaldan asılıdır. Kontroller çox yavaş nümunə götürürsə, mühüm dinamikaları qaçıra bilər. Sürətli nümunələmə aparılır, lakin siqnalın ayırdetmə qabiliyyəti zəifdirsə, kiçik say dəyişiklikləri kəskin meyllər kimi görünə bilər. Tapşırığın qeyri-müntəzəm vaxtlaması da əlavə xəta yaradır, çünki kontroller siqnal dəyişməsini dəyişən zaman intervalına bölür.

D gücləndirməsini əlavə etməzdən əvvəl xam proses dəyişənini faktiki idarəetmə tapşırığının tezliyində trend qrafikində izləyin. Miqyaslandırmanın, vaxt möhürlərinin və mühəndislik vahidlərinin düzgün olduğunu təsdiqləyin. Siqnalı həm proses sabit olduqda, həm də idarə olunan dəyişiklik zamanı yoxlayın. Trenddə səs-küy və ya aliasinq üstünlük təşkil edirsə, əvvəlcə ölçməni, nümunələməni, ekranlamanı, torpaqlamanı və ya filtrləməni yaxşılaşdırın.

Təhlükəsiz tənzimləmə ardıcıllığı

Sənədləşdirilmiş çıxış limitləri olan, təhlükəsizliyi məlum bir iş sahəsindən başlayın. Derivativ təsiri söndürün və ya minimuma endirin. Prosesin dinamikasını göstərən sabit cavab əldə etmək üçün proporsional və inteqral təsiri tənzimləyin. Sonra overshoot-u, qərarlaşma vaxtını, çıxış aktivliyini və ölçmə səs-küyünü izləyərək kiçik derivativ qiyməti tətbiq edin.

Hər dəfə yalnız bir dəyişiklik edin. Həm verilən qiymətə cavabı, həm də pozucu təsirlərin rədd edilməsini yoxlayın, çünki bir tənzimləmə dəyişikliyi birini yaxşılaşdırarkən digərini pisləşdirə bilər. Hərəkət sistemlərində müxtəlif yüklər, sürətlər və istiqamətlər üzrə sınaq aparın. Termik və ya axın konturlarında birdən çox iş nöqtəsində sınaq keçirin, çünki prosesin gücləndirilməsi və zaman sabitləri istehsal sürəti ilə dəyişə bilər.

Mümkün olduqda çıxış məhdudlaşdırıcıları, dəyişmə sürəti limitləri, zərbəsiz keçid və rejim dəyişməsinin izlənməsi kimi kontroller funksiyalarından istifadə edin. PLC və PAC sistemləri kataloqu diskret, hərəkət və proses tətbiqlərində istifadə olunan kontrollerlərin çeşidini göstərir, lakin dəqiq PID strukturu həmişə konkret modelin sənədlərində təsdiqlənməlidir.

Həddən artıq derivativ təsirin əlamətləri

Həddən artıq D gücləndirməsi çox vaxt yüksək tezlikli çıxış hərəkəti, sensor sıçrayışlarına həssaslıq, aktuatorun eşidilən fəaliyyəti və ya verilən qiymət yaxınlığında növbəli korreksiyalar kimi özünü göstərir. Hamar simulyasiyada kontur yaxşı sönümlənmiş görünsə də, real ölçmədə səs-küy və mexaniki rezonans olduğuna görə maşında zəif davrana bilər.

Hər bir rəqsi daha çox sönümlənmə tələbi kimi qəbul etməyin. Mexaniki boşluğu, boş birləşmələri, klapanın ilişməsini, sensorun düzgün quraşdırılmamasını, şəbəkə gecikməsini və tapşırıq vaxtlamasındakı titrəyişləri yoxlayın. Derivativ təsir bu problemləri gizlədə və ya böyüdə bilər, lakin onları aradan qaldıra bilməz.

İstismara vermə zamanı risk sərhədləri

Derivativ dəyişiklikləri sürətli çıxış keçidləri yarada bilər. Sınaqdan əvvəl hərəkət limitlərini, fırlanma anı və ya təzyiq limitlərini, təhlükəsiz sınaq amplitudalarını və əlçatan dayandırma vasitəsini müəyyən edin. Komandanı, proses dəyişənini, xətanı, derivativ töhfəni və bütün doyma göstəricilərini trend qrafikində izləyin. Kontroller fərdi PID terminlərini göstərmirsə, cavabı anlamaq üçün sınaq mühitindən və ya azaldılmış enerjili rejimdən istifadə edin.

Ağır mexanikanı hərəkətə gətirən konturlarda maşının konstruksiyası imkan verirsə, yüksüz və ya azaldılmış sürətli sınaqlardan başlayın. Klapanlar və qızdırıcılar üçün avadanlığın aşınmasını və termik gecikməni nəzərə alın. Aktiv təhlükəsizlik funksiyasını yan keçirməyə çalışaraq tənzimləmə aparmayın və əsas PID konturundan müstəqil qoruyucu məntiqin əvəzi kimi istifadə etməyin.

PI nə vaxt daha yaxşı seçimdir

Bir çox sənaye konturu yalnız proporsional və inteqral təsirlə yaxşı işləyir. Yavaş termik sistemlər, səs-küylü axın ölçmələri və əhəmiyyətli ölü vaxta malik proseslər derivativ təsirdən az fayda görə bilər. D-ni çıxarmaq mürəkkəbliyi azaldır və gələcək texniki xidməti asanlaşdırır. Düzgün dizayn gözlənilən iş şəraitində proses məqsədinə cavab verən ən sadə kontrollerdir.

Derivativ təsir həddən artıq çıxış aktivliyi yaratmadan ölçülə bilən sönümlənmə təmin etdikdə öz yerini doğruldur. Bu qərar trendlərə, təkrarlana bilən sınaqlara və kontroller strukturunun biliyinə əsaslanmalıdır. D-nin mühəndislik dəyəri bir nümayişdə dramatik cavab yaratması deyil. Onun dəyəri kontura xidmət göstərəcək növbəti şəxs üçün də anlaşılan olaraq qalan sabit yaxşılaşmadır.