V oblasti řízení průmyslové automatizace jsou PID regulační smyčky široce používány. Během provozu se však často setkáváme s různými typy kmitání, jako je s-fázová oscilace, mimo-mimofázové oscilace{3}}a ne-hladká oscilace. Tyto problémy vedou nejen k nestabilitě systému, ale mohou také ohrozit bezpečnost a efektivitu celého výrobního procesu. Tento článek se bude zabývat charakteristikami těchto tří typů oscilací a odpovídajícími protiopatřeními.
I. In-fázová oscilace
Ve -fázové oscilaci vykazují procesní proměnná a výstup regulátoru stejné body vzestupu, poklesu a inflexe; obě křivky jsou podobné nebo symetrické. Tento typ kmitání je často způsoben vnějšími poruchami nebo nadměrným proporcionálním zesílením.
Řešení:Zkuste snížit proporcionální zesílení o jednu-třetinu a sledujte, zda se oscilace nezhorší. Pokud se oscilace zhorší, znamená to, že problém pravděpodobně není způsoben nesprávným nastavením parametrů PID, ale spíše vnějšími poruchami. V tomto případě se doporučuje obnovit parametry a identifikovat zdroj rušení pro ladění. Pokud je oscilace ve -fázi a je způsobena nadměrným proporcionálním zesílením, snížení proporcionálního zesílení o jednu-třetinu často oscilaci odstraní.
II. Mimo-fázovou oscilaci-
Při mimo{0}}mimofázové oscilaci vykazují procesní proměnná a výstup PID regulátoru pár vrcholů a propadů, přičemž obě křivky stoupají a klesají v opačných fázích. Tento typ kmitání je nepochybně způsoben nadměrným integrálem
Řešení:Zkuste nastavit integrační čas na hodnotu, která odpovídá periodě oscilace. U samo-vyvážených systémů snížení proporcionálního zesílení o jednu-třetinu odstraní-mimo{4}}fázové oscilace, ačkoli výkon uzavřené-smyčky může být mírně snížen. U integrátorových systémů však snížení proporcionálního zesílení může vést k závažnějším, nižším -frekvencím mimo-fázovým- oscilacím.
III. Ne-hladká oscilace
Při ne-hladké oscilaci má procesní proměnná a výstup regulátoru obdélníkovou a pilovitou vlnu. Tento typ kmitání je často způsoben nelinearitou regulačního ventilu.
Řešení:Řešení ne-hladkých oscilací obvykle vyžaduje seřízení řídicího ventilu, včetně mazání, uvolnění ucpávky, narovnání dříku ventilu, seřízení ručních ventilů nebo bypassu, seřízení parametrů regulátoru polohy a výměna ventilu. V takových případech je ladění parametrů PID často marné a může zpochybnit platnost metody ladění.
IV. Závěr a doporučení
Při řešení problémů s oscilacemi v automatických regulačních smyčkách PID bychom měli nejprve zvážit snížení proporcionálního zesílení, protože to je preferovaná metoda pro řešení jak oscilací v -fázích, tak mimo{1}}-. U samo-vyvažovacích systémů je řízení PI jednoduché, efektivní, robustní a široce použitelné; je to vynikající volba, když špičkový výkon není prioritou. U samo-vyvažovacích systémů, kde špičkový výkon není prioritou, je řízení PI jednoduché, efektivní, robustní a široce použitelné. To je také důvod, proč je PI regulace tak široce používána v průmyslu. Konečný výkon PI regulátoru je závislý na dostupných modelových informacích řízeného objektu. Aby inženýři ještě více překonali maximální výkon v uzavřeném cyklu,{10}} často vylepšují architekturu systému,{11}}například implementací kaskádových dopředných informací nebo dokonce upgradováním zařízení. Z akademického hlediska výzkumníci často zdokonalují PID algoritmy a kompenzují hardwarová omezení lepšími algoritmy. S takovými požadavky se ve skutečné výrobě setkáváme jen zřídka; častěji se zaměřuje na řešení oscilací způsobených nepřiměřenými parametry a nedostatečným potlačením rušení. Široké používání-jednosmyčkového řízení v terénu také naznačuje, že v automatizaci stále existuje značný prostor pro zlepšení! Ať už se to týká výkonu jedné-smyčky, využití polohy ventilu a flexibility nastavených hodnot nebo optimalizace-multivariabilní koordinace a omezení, ladění PID je pouze částí práce. Pro další zvýšení bezpečnosti a účinnosti by se řízení procesu mělo více zaměřit na tyto oblasti.
Při řízení procesů je obtížné získat přesné modely a běžným jevem je čisté zpoždění. To může být důvod, proč navzdory neustálému objevování nových algoritmů zůstává PID v řízení procesů stále- populární. PID v kombinaci se zpětnou vazbou je výjimečně výkonný! Jakmile je toto rozpoznáno, stává se konkrétní metoda ladění méně důležitá; mnohem důležitější je pochopení hranic, které ovlivňují výkon uzavřené-smyčky a schopnosti PID.