Шу мәселесінсіз PID басқаруындағы туынды әрекет

Туынды әрекет PID контроллерінің жиі дұрыс түсінілмейтін бөліктерінің бірі. Пропорционал әрекет ағымдағы қателікке жауап береді, ал интегралдық әрекет өткен қателіктерді жинақтайды. Туынды әрекет таңдалған сигналдың қаншалықты жылдам өзгеріп жатқанын ескереді. Дұрыс қолданылса, ол демпфирлеуді арттырып, контурдың асыра реттеуге қарай жылдам қозғалысына төтеп беруіне көмектеседі. Дұрыс қолданылмаса, сенсор шуылы мен берілген мәннің сатылы өзгерісін шығыстың күрт қозғалысына айналдырады.

Практикалық мәселе туынды әрекеттің жақсы немесе жаман екенінде емес. Мәселе — процесс, өлшеу, контроллердің іске асырылуы және баптау мақсаты туынды әрекетке пайдалы ақпарат бере ме дегенде. Өлшенетін инерциясы бар қозғалыс осі демпфирлеуден пайда көруі мүмкін. Ал шулы шығын сигналы жоғары жиілікті өзгерістерді туындыландырғанда нашарлауы ықтимал. Дұрыс баптау осы айырмашылықты анықтаудан басталады.

Туынды мүшесі нені өлшейді

Контроллер қателігі берілген мән мен процесс айнымалысының айырмасы ретінде анықталса, туынды әрекет осы қателіктің өзгеру жылдамдығына пропорционал болады. Қателік жылдам өзгерсе, туынды үлесі де үлкен болады. Қателік тұрақты болса, қателіктің өзі нөлге тең болмаса да, туынды үлесі нөлге жақындайды.

Дәл осы қасиет туынды әрекеттің асыра реттеуді алдын ала тежеуіне мүмкіндік береді. Мысалы, позиция контуры нысанаға жылдам жақындап келе жатыр делік. Қалған қателік аз болуы мүмкін, бірақ оның өзгеру жылдамдығы механизмде әлі де инерция бар екенін көрсетеді. Туынды әрекет ось нысанадан өтіп кетпей тұрып команда мәнін азайта алады. Ол болашақты тура мағынасында болжамайды; ағымдағы көлбеулікке жауап береді.

Туынды мүшесі тұрақты қателіктің шамасына емес, оның көлбеулігіне жауап береді.

Қателік бойынша туындылау және өлшеу бойынша туындылау

Контроллерлердің іске асырылуында туынды әрекет әрдайым бір жолға орналастырыла бермейді. Қателік бойынша туындылау процесс айнымалысының да, берілген мәннің де қозғалысына жауап береді. Сондықтан берілген мәннің кенет өзгеруі туынды серпілісі деп аталатын шығыстың уақытша үлкен өзгерісін тудыруы мүмкін. Өлшеу бойынша туындылау процесс айнымалысының өзгеру жылдамдығының теріс мәнін пайдаланады, осылайша берілген мәннің сатылы өзгерісінен туындайтын тікелей серпілістің алдын алады.

Инженерлер бір құрылым бар деп болжамай, контроллер нұсқаулығын тексеруі керек. Бұл параметр қателік бойынша туындылау, процесс айнымалысы бойынша туындылау, екі дәрежелі еркіндікпен басқару немесе берілген мәнді салмақтау ретінде сипатталуы мүмкін. Бұл айырмашылық іске қосу кезінде маңызды, өйткені оператор берілген мәнді өзгерткеннен кейін бірдей күшейту коэффициенті мүлде басқаша әрекет етуі мүмкін.

Неліктен өлшеу шуылы шығыс шуылына айналады

Туынды әрекет жылдам өзгерістерді күшейтеді. Нақты сенсорларда электрлік шуыл, кванттау, діріл, турбуленттілік және дискреттеу өзгерістері болады. Тіпті жоғары жиілікті шағын құрамдастың өзі туынды шығысының айтарлықтай өзгеруіне әкелуі мүмкін. Нәтижесінде клапан дірілдеп тұруы, жетек моментінің командасы үздіксіз қозғалыста болуы немесе процесс басқаруы жақсармай-ақ атқарушы механизмнің тозуы мүмкін.

Сондықтан практикалық контроллерлер идеалды математикалық дифференциатордың орнына сүзгіленген туынды әрекетті қолданады. MathWorks компаниясының PID бойынша нұсқаулығында идеалды туынды әрекеттің жоғары жиілікті шуылды неліктен күшейтетіні және нақты жүйелерде сүзгінің неліктен қолданылатыны түсіндіріледі. Сүзгі таңдалған жиіліктен жоғары аймақтағы сезімталдықты азайтады, бірақ сонымен бірге туынды әрекет қамтамасыз етуге тиіс фазалық артықшылықты да төмендетеді. Сүзгілеу — баптау кезіндегі ымыраның бір бөлігі, шексіз үлкен күшейту коэффициентін қолдануға мүмкіндік беретін ем емес.

Дискреттеу жиілігі мен сигнал сапасы шекті белгілейді

Туынды әрекеттің сапасы үлгілер арасындағы уақыт аралығына тәуелді. Контроллер тым баяу дискреттесе, маңызды динамиканы өткізіп алуы мүмкін. Ал ол жылдам дискреттегенімен, сигнал ажыратымдылығы нашар болса, санауыштағы шағын өзгерістер тік көлбеулік ретінде көрінуі мүмкін. Тапсырманың тұрақсыз орындалу уақыты тағы бір қателік қосады, өйткені контроллер сигнал өзгерісін өзгеріп тұратын уақыт аралығына бөледі.

D күшейту коэффициентін қоспас бұрын, нақты басқару тапсырмасының жиілігінде шикі процесс айнымалысының трендін жазыңыз. Масштабтау, уақыт белгілері және инженерлік бірліктердің дұрыс екенін растаңыз. Сигналды процесс тұрақты кезінде де, бақыланатын өзгеріс кезінде де тексеріңіз. Егер трендте шуыл немесе бүркемелену басым болса, алдымен өлшеуді, дискреттеуді, экрандауды, жерге қосуды немесе сүзгілеуді жақсартыңыз.

Қауіпсіз баптау реті

Қауіпсіздігі алдын ала белгілі жұмыс аймағынан және құжатталған шығыс шектерінен бастаңыз. Туынды әрекетті өшіріңіз немесе барынша азайтыңыз. Процесс динамикасын көрсететін тұрақты жауап алу үшін пропорционал және интегралдық әрекетті баптаңыз. Содан кейін асыра реттеуді, орнығу уақытын, шығыс белсенділігін және өлшеу шуылын бақылай отырып, туынды мәнді аздап енгізіңіз.

Бір уақытта тек бір өзгеріс жасаңыз. Берілген мәнге жауапты да, ауытқуды басуды да тексеріңіз, өйткені баптаудағы өзгеріс біреуін жақсартып, екіншісін нашарлатуы мүмкін. Қозғалыс жүйелерін жүктеме, жылдамдық және бағыт бойынша тексеріңіз. Жылулық немесе шығын контурларын бірнеше жұмыс нүктесінде сынаңыз, өйткені өндіріс қарқыны өзгергенде процесс күшейту коэффициенті мен уақыт тұрақтылары да өзгеруі мүмкін.

Қолжетімді болса, шығыс шектеулері, өзгеру жылдамдығының шектегіштері, соққысыз ауысу және режим өзгерісін бақылау сияқты контроллер мүмкіндіктерін пайдаланыңыз. PLC және PAC жүйелері каталогында дискреттік, қозғалыстық және технологиялық қолданбаларға арналған контроллерлердің түрлері көрсетілген, бірақ PID құрылымының нақты нұсқасы әрдайым модельге арналған құжаттамадан расталуы керек.

Туынды әрекет тым жоғары болғандағы белгілер

Артық D күшейту коэффициенті көбіне шығыстың жоғары жиілікті қозғалысы, сенсордың қысқа мерзімді секірістеріне сезімталдық, атқарушы механизмнің естілетін белсенділігі немесе берілген мән маңындағы кезектескен түзетулер түрінде байқалады. Тегіс модельдеуде контур жақсы демпфирленген болып көрінуі мүмкін, бірақ нақты өлшеуде шуыл мен механикалық резонанс болғандықтан, машинада нашар жұмыс істеуі ықтимал.

Әрбір тербелісті көбірек демпфирлеу қажет деген белгі деп қабылдамаңыз. Механикалық люфтіні, бос муфталарды, клапанның тұрып қалуын, сенсордың нашар бекітілуін, желідегі кідірісті және тапсырма орындалуындағы дірілді тексеріңіз. Туынды әрекет бұл мәселелерді бүркемелеуі немесе күшейтуі мүмкін, бірақ оларды жөндей алмайды.

Іске қосу кезіндегі қауіп шектері

Туынды әрекеттегі өзгерістер шығыстың жылдам ауысуына әкелуі мүмкін. Тәжірибе жасамас бұрын орын ауыстыру шектерін, момент немесе қысым шектерін, қауіпсіз сынақ амплитудаларын және қолжетімді тоқтату құралын белгілеңіз. Команданы, процесс айнымалысын, қателікті, туынды үлесін және қанығу жалаушаларын тренд түрінде жазып отырыңыз. Егер контроллер PID мүшелерін жеке-жеке көрсетпесе, жауапты түсіну үшін сынақ ортасын немесе энергиясы төмендетілген жағдайды пайдаланыңыз.

Ауыр механикаға әсер ететін контурлар үшін, машина конструкциясы мүмкіндік берсе, сынақты жүктемесіз немесе төмендетілген жылдамдықта бастаңыз. Клапандар мен қыздырғыштар үшін жабдықтың тозуы мен жылулық инерциясын ескеріңіз. Белсенді қауіпсіздік функциясын айналып өту үшін немесе негізгі PID контурын тәуелсіз қорғау логикасының орнына ешқашан баптамаңыз.

PI тиімдірек болатын жағдайлар

Көптеген өнеркәсіптік контурлар пропорционал және интегралдық әрекеттің өзімен жақсы жұмыс істейді. Баяу жылулық жүйелер, шулы шығын өлшемдері және айтарлықтай өлі уақыты бар процестер туынды әрекеттен аз пайда алуы мүмкін. D әрекетін алып тастау күрделілікті азайтып, кейінгі техникалық қызмет көрсетуді жеңілдетеді. Дұрыс құрылым — күтілетін жұмыс жағдайларында процесс мақсатына сай келетін ең қарапайым контроллер.

Туынды әрекет шамадан тыс шығыс белсенділігін тудырмай, өлшенетін демпфирлеуді қамтамасыз еткенде ғана өзін ақтайды. Бұл шешім трендтерге, қайталанатын сынақтарға және контроллер құрылымын білуге негізделуі керек. D әрекетінің инженерлік құндылығы бір көрсетілімдегі әсерлі жауапта емес. Оның құндылығы — контурға қызмет көрсететін келесі адамға да түсінікті болып қалатын тұрақты жақсартуда.