Differentiaalinen suhteellinen-integraalinen ohjain on laite, joka asennetaan automatisoituihin järjestelmiin ylläpitämään tiettyä muuttuvaa parametria.
Ensi silmäyksellä kaikki on hämmentävää, mutta PID-säätö voidaan selittää myös nukkeille, ts. ihmiset, jotka eivät tunne elektronisia järjestelmiä ja laitteita.
Sisältö
Mikä on PID-säädin?
PID-säädin on säätöpiiriin sisäänrakennettu laite, jossa on pakollinen takaisinkytkentä. Se on suunniteltu ylläpitämään asetettuja asetusarvoja, kuten ilman lämpötilaa.
Laite toimittaa ohjaus- tai lähtösignaalin ohjauslaitteelle antureilta tai antureilta vastaanotetun tiedon perusteella. Ohjaimilla on korkea transienttiprosessien tarkkuus ja tehtävän laatu.
PID-säätimen kolme kerrointa ja toimintaperiaate
PID-säätimen tehtävänä on tuottaa ulostulosignaali tehomäärästä, joka tarvitaan säädetyn suuren pitämiseen tietyllä tasolla. Indikaattorin laskemiseen käytetään monimutkaista matemaattista kaavaa, joka sisältää 3 kerrointa - suhteellinen, integraalinen, differentiaalinen.
Otetaan säätökohteena vesisäiliö, jossa on tarpeen pitää lämpötila tietyllä tasolla säätämällä venttiilin avautumisastetta höyryllä.
Suhteellinen komponentti tulee näkyviin silloin, kun syötetieto on eri mieltä. Yksinkertaisesti sanottuna se kuulostaa tältä - todellisen lämpötilan ja halutun lämpötilan välinen ero otetaan, kerrotaan säädettävällä kertoimella ja saadaan ulostulosignaali, joka tulee syöttää venttiiliin. Nuo. heti kun asteet laskevat, lämmitysprosessi alkaa, ne nousevat halutun merkin yläpuolelle - se sammuu tai jopa jäähtyy.
Sitten tulee integroitu komponentti, joka on suunniteltu kompensoimaan ympäristön vaikutusta tai muita häiritseviä vaikutuksia lämpötilamme pysymiseen tietyllä tasolla. Koska ohjattaviin laitteisiin vaikuttaa aina muitakin tekijöitä, luku on jo muuttumassa siihen mennessä, kun dataa saadaan suhteellisen komponentin laskemiseksi. Ja mitä suurempi ulkoinen vaikutus, sitä voimakkaampia indikaattorin vaihtelut esiintyvät. Virtapiikkejä esiintyy.
Integraalikomponentti yrittää aiempien lämpötila-arvojen perusteella palauttaa arvonsa, jos se on muuttunut. Prosessi on kuvattu tarkemmin alla olevassa videossa.
Ja sitten säätimen lähtösignaalia, kertoimen mukaan, käytetään lämpötilan nostamiseksi tai laskemiseksi. Ajan myötä ulkoisia tekijöitä kompensoiva arvo valitaan ja hyppyt katoavat.
Integraalia käytetään virheiden eliminoimiseen laskemalla staattinen virhe. Tärkeintä tässä prosessissa on valita oikea kerroin, muuten virhe (epäsopivuus) vaikuttaa myös kiinteään komponenttiin.
PID:n kolmas komponentti on erotin. Se on suunniteltu kompensoimaan viiveiden vaikutusta järjestelmään kohdistuvan vaikutuksen ja palautteen välillä. Suhteellisuussäädin syöttää virtaa, kunnes lämpötila saavuttaa halutun tason, mutta tiedon siirtyessä laitteeseen, varsinkin suurilla arvoilla, tapahtuu aina virheitä. Tämä voi johtaa ylikuumenemiseen. Differentiaali ennustaa viiveistä tai ympäristövaikutuksista aiheutuvat poikkeamat ja vähentää syötettyä tehoa etukäteen.
PID-säätimen viritys
PID-säätimen viritys suoritetaan kahdella tavalla:
- Synteesi tarkoittaa parametrien laskemista järjestelmän mallin perusteella. Tämä asetus on tarkka, mutta vaatii syvällistä tietämystä automaattisen ohjauksen teoriasta. Se on vain insinöörien ja tiedemiesten alainen. Koska on tarpeen poistaa kulutusominaisuudet ja tehdä joukko laskelmia.
- Manuaalinen menetelmä perustuu yrityksen ja erehdyksen periaatteeseen. Tätä varten otetaan pohjaksi valmiin järjestelmän tiedot, tehdään joitain säätöjä yhteen tai useampaan säätimen kertoimeen. Käynnistyksen ja lopputuloksen tarkkailun jälkeen parametrit muutetaan oikeaan suuntaan. Ja niin edelleen, kunnes haluttu suorituskykytaso on saavutettu.
Teoreettista analyysi- ja viritysmenetelmää käytetään harvoin käytännössä, mikä johtuu ohjausobjektin ominaisuuksien tietämättömyydestä ja joukosta mahdollisia häiritseviä vaikutuksia. Järjestelmän valvontaan perustuvat kokeelliset menetelmät ovat yleisempiä.
Nykyaikaiset automatisoidut prosessit toteutetaan erikoismoduuleina säätimen kertoimien säätöohjelmien ohjauksessa.
PID-säätimen käyttötarkoitus
PID-säädin on suunniteltu ylläpitämään tietty arvo vaaditulla tasolla - lämpötila, paine, taso säiliössä, virtaus putkistossa, jonkin pitoisuus jne. muuttamalla toimilaitteiden, kuten automaattisten ohjausventtiilien, ohjausta, käyttämällä suhteellisia, integroivia, eriyttäviä suureita sen asettamiseen.
Käytön tarkoitus on saada tarkka ohjaussignaali, joka pystyy ohjaamaan suuria teollisuudenaloja ja jopa voimalaitosten reaktoreita.
Esimerkki lämpötilan säädöstä
Usein PID-säätimiä käytetään lämpötilan säätämiseen. Otetaanpa yksinkertainen esimerkki veden lämmittämisestä säiliössä ja harkitaan tätä automaattista prosessia.
Säiliöön kaadetaan nestettä, joka on lämmitettävä haluttuun lämpötilaan ja pidettävä tietyllä tasolla. Säiliön sisään on asennettu lämpötila-anturi - lämpöpari tai vastuslämpömittari ja se on kytketty suoraan PID-säätimeen.
Nesteen lämmittämiseksi syötämme höyryä, kuten alla olevassa kuvassa näkyy, automaattisella ohjausventtiilillä. Venttiili itse vastaanottaa signaalin säätimeltä.Käyttäjä syöttää PID-säätimeen lämpötilan asetusarvon, joka on säilytettävä säiliössä.
Jos säätimen kertoimia ei ole asetettu oikein, tapahtuu veden lämpötilan hyppyjä venttiilin ollessa joko täysin auki tai kokonaan kiinni. Tässä tapauksessa on tarpeen laskea PID-säätimen kertoimet ja syöttää ne uudelleen. Jos kaikki on tehty oikein, järjestelmä tasoittaa lyhyen ajan kuluttua prosessia ja säiliön lämpötila pysyy tietyllä tasolla, kun taas säätöventtiilin avautumisaste on keskiasennossa.
Samanlaisia artikkeleita:
