Hogyan működik a PID-szabályozó? Arányos, integrál és származékos magyarázat

Ha egy hűtőkamra 2 K-vel az alapértéke fölé, majd 3 K-vel az alá sodródik, és ezt a ciklust néhány percenként megismétli, akkor a vezérlőt hibáztatják, mielőtt az érzékelőt, a szelepet vagy az ajtóforgalmat megtenné. A legtöbb esetben a hardver rendben van, a hurokbeállítások pedig nem.

A rövid válasz a PID szabályozó működésére: mér egy folyamatváltozót, összehasonlítja azt egy alapjellel, és három tagból felépített korrekcióval hajt meg egy aktuátort. Az arányos tag a jelenleg fennálló hibára ad választ. Az integrál tag az idő múlásával felhalmozódott hibára ad választ. A derivált kifejezés arra ad választ, hogy milyen gyorsan változik a hiba. Összeadva azt a kimenetet állítják elő, amely kinyit egy szelepet, megváltoztatja a ventilátor sebességét vagy csökkenti a kompresszor kapacitását.

Az alapötlet: Mérj, hasonlíts össze, javíts

Minden PID hurok négy részből áll: egy érzékelő, amely jelenti a folyamatváltozót, egy vezérlő, amely tartja az alapjelet és végzi a számításokat, egy aktuátor, amely megváltoztathatja a folyamatot, és maga a folyamat. Az érzékelő táplálja a vezérlőt, a vezérlő mozgatja az aktuátort, és az aktuátor megváltoztatja azt, amit az érzékelő olvas. Ez a kör a zárt kör.

A vezérlő egy számítást megismétel meghatározott időközönként, a mintavételi idővel. Kivonja a mért értéket az alapjelből, és a különbséget hibának nevezi. Hűtési alkalmazásban az alapjel feletti mért érték pozitív hibát és több hűtést ad. Helytelenül konfigurálja a hurkot, és fordított hatású lesz, amikor közvetlen hatásúnak kellene lennie; letelepedés helyett elszalad, és semmiféle tuning nem fogja megjavítani.

A kimenet megfelel annak, amit az aktuátor elvár: 0-10 V moduláló szelephez, 4-20 mA pozicionálóhoz, reléérintkező kompresszorhoz vagy impulzusszélesség-moduláció fűtőberendezéshez. A relé kimenet a PID-számítást küszöbdöntéssé változtatja, így a hurokfelbontás attól függ, hogy az érintkező milyen gyakran kapcsolhat át.

Mit csinál a három kifejezés valójában

Minden kifejezésnek van feladata, és mindegyik kikapcsolható, ha nullára állítja az erősítést. Sok munkahurok PI vezérlőként fut, mivel a derivált művelet keveset tesz hozzá a lassú hőmérsékleti folyamathoz.

Arányos kifejezés

Az arányos tag az aktuális hibát megszorozza egy erősítéssel. 2-es erősítéssel és 3 K hibával a kimenet 6 egységgel mozog. A nagyobb erősítés gyorsabb korrekciót jelent, de egy ponton túl a hurok oszcillál, mert a vezérlő reagál egy mérésre, a folyamat nem fejezte be a válaszadást. A csak arányos vezérlő ritkán landol pontosan az alapjelre. Azt állítja be, ahol a fennmaradó hiba éppen elég nagy ahhoz, hogy megtartsa a folyamatnak szükséges kimenetet, és ezt a maradékot az állandósult állapot eltolása jelenti.

Integrált kifejezés

Az integrál tag idővel felhalmozza a hibát, és folyamatosan korrekciót ad hozzá, amíg a hiba fennáll, általában percenkénti ismétlésben vagy ismétlésenkénti másodpercben kifejezve. Eltávolítja az eltolást, ezért a PI hurok pontosan ott tudja tartani a hűtött víz hőmérsékletét, ahol azt szeretné. Az ár késés: az integrált cselekvés a történelemre épül, így a hiba megszűnése után tovább nyomul, és lassú oszcillációt produkál, amelynek megjelenése sokkal tovább tart, mint az arányos oszcillációé. Az is felteker. Ha a szelep már teljesen nyitva van, a kifejezés folyamatosan halmozza a korrekciót, amelyet nem tud teljesíteni, és a hurok csúnyán túllendül, amikor a hiba végül megfordul.

Származékos kifejezés

A derivált tag a hiba változási sebességére reagál, és ellentétes a mozgással, ami csillapítja a hurkot és nagyobb arányos erősítést tesz lehetővé. Az érzékelő zaját is felerősíti, mivel egy kis zajos leolvasás rövid mintaidő alatt hatalmas változási sebességnek tűnik. A gyakorlatban a derivált műveletet szűrik, a hiba helyett a mérés alapján számítják ki, vagy egyszerűen nullán hagyják.

Példa hűtésre: Túlhevítés szabályozása

Vegyünk egy elektronikus expanziós szelepet a hűtőn. A szabályozott változó a túlhevítés az elpárologtató kimeneténél, az alapjel lehet 5 K, és a működtető a szelepmotor vagy egy arányos mágnesszelep. Amikor a túlhevítés az alapjel fölé emelkedik, a szelep kinyílik, hogy több hűtőközeget engedjen be. Az arányos tag a hibával arányosan nyitja meg, az integrál tag folyamatosan nyitja, amíg a túlhevülés le nem állapodik, a származékos tag pedig, ahol ezt használják, lelassítja a nyitást, mivel a túlhevülés esni kezd, így a szelep nem lép túl a folyadék visszafolyásába.

Ugyanez a szerkezet jelenik meg egy hűtőberendezésen is. A kondenzációs nyomást gyakran a kondenzátor ventilátor sebességének szabályozásával tartják fenn, ami nyomáshurokká teszi. A kompresszor kapacitása egy hurokkal csökkenthető, amely a szívónyomás-hibát inverter parancssá alakítja. A helyiség- és termékhőmérséklet hurkok hosszú holtidővel rendelkeznek, és általában származékos működés nélkül futnak.

Hűtési nyomásszabályozó mechanikus mutató kijelzővel Magas és alacsony nyomásfelügyeletet biztosít automatikus visszaállítással, segítve a kompresszorok, ventilátorok és leeresztő szelepek védelmét a hűtőrendszerekben. Termék megtekintése →

Tuning találgatások nélkül

A kifejezések kölcsönhatásban vannak, így a hangolás rögzített sorrendben történik:

1. Helyezze be a hurkot a kézikönyvbe, és győződjön meg arról, hogy az aktuátor a teljes tartományát beragadás nélkül bejárja.
2. Állítsa az integrált és a derivált nullára, majd növelje az arányos erősítést, amíg a mérés kis, folyamatos oszcillációt nem mutat.
3. Csökkentse az arányos erősítést ennek az értéknek körülbelül a felére.
4. Lassan adja hozzá az integrált műveletet, amíg az eltolás elfogadható időn belül el nem tűnik.
5. Csak akkor adjon hozzá deriváltot, ha a túllépés megmarad, és a jel tiszta.

A holtidő dönti el, hogy egy hurkot milyen erősen lehet tolni. Ha a folyamatnak 60 másodpercre van szüksége ahhoz, hogy reagáljon egy szelepmozgásra, és az időállandója 300 másodperc, akkor az arány 0,2, a klasszikus szabályok, mint például a Ziegler-Nichols vagy a lambda tuning, működőképes nyereséget eredményeznek. Ha a holtidő összevethető az időállandóval, például egy érzékelővel, amely messze a szelep mögött van felszerelve, semmi sem gyorsítja a hurkot, és az igazi megoldás az érzékelő mozgatása vagy előrecsatolás.

Gyakorlati problémák az üzem padlóján

A legtöbb üzembe helyezési probléma néhány kategóriába sorolható:

• Integrált felhúzás. A kimenet egy határértékig telítődik, amíg a hiba megmarad, és a hurok túllép, amikor a hiba megfordul. Az anti-windup logika és a kimeneti rögzítés megoldja.
• Érzékelő zaj. Az a szűrő, amelynek időállandója közel van a mintavételi időhöz, majdnem megkétszerezheti a hurok holtidejét. Szűrje a bemenetet, ne a kimenetet.
• Működtető holtsáv. Az a szelep, amelynek 3 százalékos kimeneti változtatásra van szüksége, mielőtt elmozdulna, szigorú határt szab a hurok tartási képességének.
• Minta idő. A percenként egyszer letapogatott hurok nem vezérelhet 30 másodperces időállandóval rendelkező folyamatot.
• Nemlinearitás. Egy szelep, amely enyhe a középút közelében, és hirtelen az ülés közelében, erősítés ütemezést vagy karakterizált kimenetet igényelhet.

Ahol a PID találkozik a hűtéssel és az A/C hardverrel

A PID kimenet csak akkor számít, ha az aktuátor tudja használni. Az arányos mágnesszelepek, az elektronikus expanziós szelepek, a kondenzátorventilátorok változtatható frekvenciájú hajtásai és az áramlásszabályozó háromutas szelepek mind folyamatos jelet fogadnak és modulálnak. A be- és kikapcsolt eszközök, például a szabványos mágnesszelepek, az izzó típusú hőtágulási szelepek és a mechanikus nyomáskapcsolók küszöbértékek, így az ezeket vezérlő PID-szabályozó valóban munkaciklust generál.

Ez a különbség megváltoztatja az összetevők megítélését. Az a szelep, amely éveken át követi a moduláló jelet, másképp kopik, mint az óránként néhányszor kapcsoló, ezért moduláló mágnesszelep hosszú távú működése figyelmet érdemel a hurok üzembe helyezése előtt.

Szállítók, mint például Dingsen, 2008 óta gyárt hűtő- és autóklíma alkatrészeket , építse meg a nyomásszabályozókat, szelepeket és rézszerelvényeket, amelyek e jelek vevőoldalán helyezkednek el.

EVR mágnesszelep hűtéshez és légkondicionáláshoz Szabályozza a hűtőközeg áramlását a folyadék-, szívó- és forró gázvezetékekben, a hűtőrendszerek közvetlen működésű és előirányzott opcióival. Termék megtekintése →

Hőtágulási szelep állítható túlmelegedés-szabályozással Szabályozza a hűtőközeg áramlását a túlhevítés fenntartása érdekében, H-típusú testtel és 0–8°C-os statikus túlhevítés-szabályozással a hűtőrendszerekhez. Termék megtekintése →

Vezérlő megadása: Mit kell ellenőrizni

• Bemeneti típus és tartomány, a tényleges érzékelőhöz igazítva: NTC, PT100, 4-20 mA vagy 0-10 V.
• Kimenet típusa és felbontása: relé, szilárdtestrelé, áram, feszültség vagy PWM.
• Mintavételezési sebesség, elég gyors a folyamathoz, de nem olyan gyors, hogy a zaj uralja a számítást.
• Automatikus hangolás, felhúzásgátló és zökkenőmentes átvitel a kézi és az automatikus módok között.
• Kimeneti határértékek és riasztások, beleértve a magas és alacsony befogást az integrált távra.
• Környezet: panelre vagy DIN-sínre szerelés, IP-besorolás, környezeti hőmérséklet, rezgés és tápfeszültség tűrése.

A PID-szabályozó három korrekciót összead, és egy órajel ismétlődik: egy az aktuális hiba ellen, egy a felhalmozott hiba és egy a változás sebessége ellen. A folyamat fizikája meghatározza a teljesítmény plafonját, és a beállítások határozzák meg, hogy a hurok milyen közel kerüljön hozzá. Állítsa be helyesen az aktuátor irányát, mérje meg őszintén a holtidőt, és tartsa szerényen a nyereséget. Ez a kombináció több hurkot old meg, mint bármely agresszív hangolás.