Tindakan Derivatif dalam Kawalan PID Tanpa Masalah Bunyi Bising

Tindakan terbitan sering menjadi bahagian pengawal PID yang paling kurang difahami. Tindakan berkadar bertindak balas terhadap ralat semasa, manakala tindakan kamiran mengumpulkan ralat lalu. Tindakan terbitan bertindak balas terhadap kadar perubahan isyarat yang dipilih. Jika digunakan dengan berhati-hati, tindakan ini menambahkan redaman dan membantu gelung menahan pergerakan pantas ke arah lampau. Jika digunakan secara cuai, tindakan ini menukarkan hingar sensor dan langkah titik tetapan kepada pergerakan output yang mendadak.

Persoalan praktikalnya bukan sama ada tindakan terbitan itu baik atau buruk. Persoalannya ialah sama ada proses, pengukuran, pelaksanaan pengawal dan objektif penalaan memberikan maklumat yang berguna kepada tindakan terbitan. Paksi gerakan dengan inersia yang boleh diukur mungkin mendapat manfaat daripada redaman. Isyarat aliran yang bising pula mungkin menjadi lebih buruk apabila variasi frekuensi tinggi diterbitkan. Penalaan yang baik bermula dengan mengenal pasti perbezaan itu.

Perkara yang Diukur oleh Istilah Terbitan

Bagi ralat pengawal yang ditakrifkan sebagai titik tetapan tolak pemboleh ubah proses, tindakan terbitan adalah berkadar dengan kadar perubahan ralat tersebut. Jika ralat berubah dengan pantas, sumbangan terbitan menjadi lebih besar. Jika ralat stabil, sumbangan terbitan menghampiri sifar walaupun ralat itu sendiri bukan sifar.

Tingkah laku ini menjelaskan sebab tindakan terbitan boleh menjangka lampau. Katakan gelung kedudukan sedang menghampiri sasarannya dengan pantas. Ralat yang berbaki mungkin kecil, tetapi kadar perubahannya menunjukkan bahawa mekanisme itu masih mempunyai momentum. Tindakan terbitan boleh mengurangkan arahan sebelum paksi melepasi sasaran. Tindakan ini tidak meramalkan masa depan secara literal; ia bertindak balas terhadap kecerunan semasa.

Istilah terbitan bertindak balas terhadap kecerunan, bukan magnitud ralat yang stabil.

Tindakan Terbitan terhadap Ralat Berbanding Pengukuran

Pelaksanaan pengawal tidak semuanya meletakkan terbitan pada laluan yang sama. Terbitan terhadap ralat bertindak balas terhadap pergerakan pemboleh ubah proses dan pergerakan titik tetapan. Oleh itu, langkah titik tetapan yang mendadak boleh menghasilkan perubahan output sementara yang besar, yang dikenali sebagai hentakan terbitan. Terbitan terhadap pengukuran menggunakan kadar perubahan negatif pemboleh ubah proses, sekali gus mengelakkan hentakan langsung daripada langkah titik tetapan.

Jurutera mesti menyemak manual pengawal dan bukannya menganggap semua pengawal menggunakan struktur yang sama. Tetapan itu mungkin diterangkan sebagai terbitan terhadap ralat, terbitan terhadap pemboleh ubah proses, kawalan dua darjah kebebasan atau pemberat titik tetapan. Perbezaan ini penting semasa pentauliahan kerana keuntungan yang sama boleh berkelakuan sangat berbeza selepas operator mengubah titik tetapan.

Sebab Hingar Pengukuran Menjadi Hingar Output

Terbitan menekankan perubahan pantas. Sensor sebenar mengandungi hingar elektrik, pengkuantuman, getaran, pergolakan dan variasi pensampelan. Walaupun komponen frekuensi tinggi kecil, ia boleh menghasilkan output terbitan yang ketara. Kesannya mungkin berupa injap yang bergetar, arahan tork pemacu yang bergerak secara berterusan atau penggerak yang haus tanpa meningkatkan kawalan proses.

Oleh itu, pengawal praktikal menggunakan terbitan bertapis dan bukannya pembeza matematik ideal. panduan PID MathWorks menerangkan sebab tindakan terbitan ideal menguatkan hingar frekuensi tinggi dan sebab penapisan digunakan dalam sistem sebenar. Penapis mengurangkan kepekaan di atas frekuensi yang dipilih, tetapi turut mengurangkan manfaat fasa yang ingin diberikan oleh terbitan. Penapisan ialah sebahagian daripada pertukaran dalam penalaan, bukan penyelesaian yang membenarkan keuntungan tanpa had.

Pensampelan dan Kualiti Isyarat Menetapkan Had

Kualiti terbitan bergantung pada sela masa antara sampel. Jika pengawal membuat pensampelan terlalu perlahan, ia mungkin terlepas dinamik yang penting. Jika pensampelan dibuat dengan pantas tetapi resolusi isyarat rendah, perubahan kiraan yang kecil boleh kelihatan seperti kecerunan curam. Pemasaan tugas yang tidak sekata menambahkan satu lagi ralat kerana pengawal membahagikan perubahan isyarat dengan sela masa yang berubah-ubah.

Sebelum menambahkan keuntungan D, rekodkan trend pemboleh ubah proses mentah pada kadar tugas kawalan sebenar. Sahkan bahawa penskalaan, cap masa dan unit kejuruteraan adalah betul. Periksa isyarat ketika proses stabil dan semasa perubahan terkawal. Jika trend didominasi hingar atau aliasing, tingkatkan kualiti pengukuran, pensampelan, perisai, pembumian atau penapisan terlebih dahulu.

Urutan Penalaan yang Selamat

Mulakan dalam julat operasi yang diketahui selamat dan dengan had output yang didokumenkan. Nyahdayakan atau minimumkan terbitan. Talaan tindakan berkadar dan kamiran untuk mendapatkan tindak balas stabil yang mendedahkan dinamik proses. Kemudian masukkan nilai terbitan yang kecil sambil memerhatikan lampau, masa pemendapan, aktiviti output dan hingar pengukuran.

Buat satu perubahan pada satu-satu masa. Uji tindak balas titik tetapan dan penolakan gangguan kerana perubahan penalaan mungkin memperbaik satu aspek tetapi memburukkan aspek yang lain. Bagi sistem gerakan, uji pada pelbagai beban, kelajuan dan arah. Bagi gelung terma atau aliran, uji pada lebih daripada satu titik operasi kerana keuntungan proses dan pemalar masa mungkin berubah mengikut kadar pengeluaran.

Gunakan ciri pengawal seperti pengapit output, had kadar perubahan, pemindahan tanpa hentakan dan penjejakan perubahan mod jika tersedia. katalog sistem PLC dan PAC menunjukkan rangkaian pengawal yang digunakan untuk aplikasi diskret, gerakan dan proses, tetapi struktur PID yang tepat mesti sentiasa disahkan dalam dokumentasi khusus model.

Gejala terbitan yang terlalu tinggi

Keuntungan D yang berlebihan sering kelihatan sebagai pergerakan output frekuensi tinggi, kepekaan terhadap lonjakan sensor, aktiviti penggerak yang boleh didengar atau pembetulan berselang-seli berhampiran titik tetapan. Gelung mungkin kelihatan diredam dengan baik dalam simulasi yang lancar tetapi berkelakuan buruk pada mesin kerana pengukuran sebenar mengandungi hingar dan resonans mekanikal.

Jangan anggap setiap ayunan sebagai permintaan untuk lebih banyak redaman. Periksa tindak balas mekanikal, gandingan longgar, lekatan injap, pemasangan sensor yang lemah, kelewatan rangkaian dan kegelisahan tugas. Terbitan boleh menyembunyikan atau membesarkan isu ini, tetapi tidak dapat membaikinya.

Sempadan Risiko Semasa Pentauliahan

Perubahan terbitan boleh menghasilkan peralihan output yang pantas. Tetapkan had pergerakan, had tork atau tekanan, amplitud ujian yang selamat dan henti kecemasan yang mudah dicapai sebelum menjalankan eksperimen. Rekodkan trend arahan, pemboleh ubah proses, ralat, sumbangan terbitan dan sebarang penanda ketepuan. Jika pengawal tidak mendedahkan istilah PID secara berasingan, gunakan persekitaran ujian atau keadaan tenaga yang dikurangkan untuk memahami tindak balasnya.

Bagi gelung yang memacu mekanik berat, mulakan dengan ujian tanpa beban atau pada kelajuan yang dikurangkan apabila reka bentuk mesin membenarkannya. Bagi injap dan pemanas, pertimbangkan kehausan peralatan dan lengah terma. Jangan sekali-kali menala di sekeliling fungsi keselamatan yang sedang aktif atau menggunakan gelung PID asas sebagai pengganti logik perlindungan bebas.

Apabila PI Menjadi Pilihan yang Lebih Baik

Banyak gelung industri berfungsi dengan baik menggunakan tindakan berkadar dan kamiran sahaja. Sistem terma yang perlahan, pengukuran aliran yang bising dan proses dengan masa mati yang ketara mungkin mendapat sedikit manfaat daripada terbitan. Menghapuskan D mengurangkan kerumitan dan memudahkan penyelenggaraan pada masa hadapan. Reka bentuk yang betul ialah pengawal paling ringkas yang memenuhi objektif proses merentasi keadaan operasi yang dijangka.

Tindakan terbitan wajar digunakan apabila ia menghasilkan redaman yang boleh diukur tanpa aktiviti output yang berlebihan. Keputusan itu hendaklah berdasarkan trend, ujian yang boleh diulang dan pengetahuan tentang struktur pengawal. Nilai kejuruteraan D bukanlah tindak balas dramatik dalam satu demonstrasi. Nilainya ialah peningkatan stabil yang kekal mudah difahami oleh orang seterusnya yang menyelenggara gelung tersebut.