Paano Gumagana ang PID Controller? Proporsyonal, Integral at Derivative Ipinaliwanag

Kung ang isang malamig na silid ay naaanod ng 2 K sa itaas ng setpoint nito, pagkatapos ay 3 K sa ibaba nito, at inuulit ang pag-ikot na iyon bawat ilang minuto, ang controller ay masisisi bago ang sensor, ang balbula, o ang trapiko ng pinto. Kadalasan ang hardware ay maayos at ang mga setting ng loop ay hindi.

Ang maikling sagot sa kung paano gumagana ang isang PID controller: sinusukat nito ang isang variable ng proseso, inihahambing ito sa isang setpoint, at hinihimok ang isang actuator na may correction na binuo mula sa tatlong termino. Sinasagot ng proporsyonal na termino ang error na umiiral ngayon. Sinasagot ng integral term ang error na naipon sa paglipas ng panahon. Sinasagot ng derivative term kung gaano kabilis ang pagbabago ng error. Kung idinagdag, ang mga ito ay gumagawa ng output na nagbubukas ng balbula, nagbabago ng bilis ng fan, o pumapatol sa kapasidad ng compressor.

Ang Pangunahing Ideya: Sukatin, Paghambingin, Tama

Ang bawat PID loop ay may apat na bahagi: isang sensor na nag-uulat ng variable ng proseso, isang controller na may hawak ng setpoint at gumagawa ng math, isang actuator na maaaring magbago sa proseso, at ang proseso mismo. Pinapakain ng sensor ang controller, ginagalaw ng controller ang actuator, at binabago ng actuator ang nababasa ng sensor. Ang bilog na iyon ay ang closed loop.

Inuulit ng controller ang isang kalkulasyon sa isang nakapirming agwat, ang sample na oras. Ibinabawas nito ang sinusukat na halaga mula sa setpoint at tinatawag na error ang pagkakaiba. Sa isang cooling application, ang isang nasusukat na halaga sa itaas ng setpoint ay nagbibigay ng isang positibong error at higit pang paglamig. I-configure ang loop sa maling paraan at ito ay nagiging reverse acting kapag dapat itong direktang kumikilos; ito ay tatakbo sa halip na tumira, at walang halaga ng pag-tune ang makakaayos nito.

Ang output ay tumutugma sa anumang inaasahan ng actuator: 0 hanggang 10 V para sa isang modulating valve, 4 hanggang 20 mA para sa isang positioner, isang relay contact para sa isang compressor, o pulse width modulation para sa isang heater. Ginagawa ng isang relay output ang pagkalkula ng PID sa isang desisyon sa threshold, kaya ang resolution ng loop ay depende sa kung gaano kadalas pinapayagang lumipat ang contact.

Ano ang Talagang Ginagawa ng Tatlong Tuntunin

Ang bawat termino ay may trabaho, at ang bawat isa ay maaaring patayin sa pamamagitan ng pagtatakda ng pakinabang nito sa zero. Maraming working loops ang tumatakbo bilang PI controllers, dahil ang derivative action ay nagdaragdag ng kaunti sa isang mabagal na proseso ng temperatura.

Proporsyonal na Terminoino

Ang proporsyonal na termino ay nagpaparami ng kasalukuyang error sa isang pakinabang. Sa pagkakaroon ng 2 at isang error na 3 K, ang output ay gumagalaw ng 6 na yunit. Ang mas maraming pakinabang ay nangangahulugan ng mas mabilis na pagwawasto, ngunit lumampas sa isang punto ang loop ay nag-o-oscillate, dahil ang controller ay tumutugon sa isang pagsukat na ang proseso ay hindi pa tapos sa pagsagot. Ang isang proporsyonal-lamang na controller ay bihirang mapunta nang eksakto sa setpoint. Nag-aayos ito kung saan ang natitirang error ay sapat lamang upang mahawakan ang output na kailangan ng proseso, at ang natira ay steady-state offset.

integral na Termino

Ang integral term ay nag-iipon ng error sa paglipas ng panahon at patuloy na nagdaragdag ng pagwawasto habang nagpapatuloy ang error, kadalasang ipinapahayag sa mga pag-uulit bawat minuto o mga segundo bawat pag-uulit. Inaalis nito ang offset, kaya naman ang isang PI loop ay maaaring humawak ng malamig na temperatura ng tubig kung saan mo ito gusto. Ang presyo ay lag: ang integral na aksyon ay nakabatay sa kasaysayan, kaya patuloy itong nagtutulak pagkatapos na mawala ang error at nagbubunga ng mabagal na oscillation na mas matagal bago lumabas kaysa sa proporsyonal na oscillation. Umuulan din ito. Kung ang balbula ay ganap na nakabukas, ang termino ay patuloy na nag-iipon ng pagwawasto na hindi nito maihahatid, at ang loop ay nag-overshoot nang masama kapag ang error sa wakas ay nabaliktad.

Derivative na Termino

Ang derivative term ay tumutugon sa rate ng pagbabago ng error at sumasalungat sa paggalaw, na nagpapabasa sa loop at nagbibigay-daan sa mas mataas na proporsyonal na pakinabang. Pinapalakas din nito ang ingay ng sensor, dahil ang isang maliit na maingay na pagbabasa sa isang maikling sample na oras ay mukhang isang malaking rate ng pagbabago. Sa pagsasagawa, ang derivative action ay sinasala, kinakalkula sa pagsukat sa halip na sa error, o iniwan lamang sa zero.

Isang Halimbawa ng Pagpapalamig: Superheat Control

Kumuha ng electronic expansion valve sa isang chiller. Ang kinokontrol na variable ay sobrang init sa labasan ng evaporator, ang setpoint ay maaaring 5 K, at ang actuator ay ang valve motor o isang proporsyonal na solenoid. Kapag tumaas ang sobrang init sa itaas ng setpoint, bubukas ang balbula para umamin ng mas maraming nagpapalamig. Binubuksan ito ng proporsyonal na termino ayon sa proporsyon sa error, ang integral term ay patuloy na binubuksan ito hanggang sa tumira ang superheat, at ang derivative term, kung saan ito ginagamit, ay nagpapabagal sa pagbubukas habang nagsisimulang bumagsak ang superheat upang hindi mag-overshoot ang valve sa liquid floodback.

Ang parehong istraktura ay lumilitaw sa isang planta ng pagpapalamig. Ang condensing pressure ay kadalasang hawak sa pamamagitan ng modulating condenser fan speed, na ginagawa itong pressure loop. Ang kapasidad ng compressor ay maaaring i-trim sa pamamagitan ng isang loop na nagko-convert ng isang suction pressure error sa isang inverter command. Ang mga loop sa temperatura ng silid at produkto ay matagal nang patay at karaniwang tumatakbo nang walang derivative na pagkilos.

Refrigeration Pressure Controller na may Mechanical Pointer Display Nagbibigay ng mataas at mababang pressure monitoring na may awtomatikong pag-reset, na tumutulong na protektahan ang mga compressor, fan, at drain valve sa mga refrigeration system. Tingnan ang Produkto →

Tuning Nang Walang Hula

Ang mga termino ay nakikipag-ugnayan, kaya ang pag-tune ay sumusunod sa isang nakapirming pagkakasunud-sunod:

1. Ilagay ang loop sa manual at kumpirmahin na ang actuator ay naglalakbay sa buong saklaw nito nang hindi dumidikit.
2. Itakda ang integral at derivative sa zero, pagkatapos ay itaas ang proporsyonal na pakinabang hanggang ang pagsukat ay magpakita ng maliit, tuluy-tuloy na oscillation.
3. Gupitin ang proporsyonal na kita sa halos kalahati ng halagang iyon.
4. Magdagdag ng integral na pagkilos nang dahan-dahan hanggang sa mawala ang offset sa loob ng katanggap-tanggap na oras.
5. Magdagdag lamang ng derivative kung mananatili ang overshoot at malinis ang signal.

Ang patay na oras ay nagpapasya kung gaano kahirap itulak ang isang loop. Kung ang proseso ay nangangailangan ng 60 segundo upang tumugon sa isang paggalaw ng balbula at ang oras na pare-pareho nito ay 300 segundo, isang ratio na 0.2, ang mga klasikal na panuntunan tulad ng Ziegler-Nichols o lambda tuning ay nagdudulot ng mga magagawang tagumpay. Kung ang patay na oras ay maihahambing sa pare-pareho ng oras, halimbawa isang sensor na naka-mount sa malayong agos ng balbula, walang gagawing mabilis ang loop, at ang tunay na ayusin ay ilipat ang sensor o magdagdag ng feedforward.

Mga Praktikal na Problema sa Palapag ng Halaman

Karamihan sa mga problema sa pagkomisyon ay nabibilang sa ilang kategorya:

• Integral na windup. Ang output ay nabubusog laban sa isang limitasyon habang nananatili ang error, at ang loop ay lumalampas kapag ang error ay nabaligtad. Lutasin ito ng anti-windup logic at output clamping.
• Ingay ng sensor. Ang isang filter na ang pare-pareho ng oras ay malapit sa sample na oras ay maaaring halos doble ang patay na oras ng loop. I-filter ang input, hindi ang output.
• Actuator deadband. Ang balbula na nangangailangan ng 3 porsiyentong pagbabago sa output bago ito gumalaw ay nagtatakda ng mahigpit na limitasyon sa kung gaano kahigpit ang loop.
• Sample na oras. Ang isang loop na na-scan nang isang beses bawat minuto ay hindi makokontrol ang isang proseso na may 30 segundong pare-parehong oras.
• Non-linearity. Ang isang balbula na banayad na malapit sa kalagitnaan ng paglalakbay at biglang malapit sa upuan ay maaaring mangailangan ng pag-iskedyul ng pag-iskedyul o isang nailalarawan na output.

Kung saan Natutugunan ng PID ang Refrigeration at A/C Hardware

Mahalaga lang ang output ng PID kung magagamit ito ng actuator. Ang mga proporsyonal na solenoid valve, electronic expansion valve, variable frequency drive sa condenser fan, at flow control na three-way valve ay tumatanggap ng tuluy-tuloy na signal at modulate. Ang mga on at off na device gaya ng mga karaniwang solenoid valve, bulb type thermal expansion valve, at mechanical pressure switch ay mga threshold device, kaya ang isang PID controller na nagtutulak sa kanila ay talagang bumubuo ng isang duty cycle.

Ang pagkakaibang iyon ay nagbabago kung paano hinuhusgahan ang mga bahagi. Ang isang balbula na sumusunod sa isang modulating signal sa loob ng maraming taon ay iba ang pagsusuot sa isa na lumilipat ng ilang beses sa isang oras, kaya naman ang pangmatagalang operasyon ng isang modulating solenoid valve nararapat pansin bago ang isang loop ay kinomisyon.

Mga supplier tulad ng Dingsen, pagmamanupaktura ng refrigeration at automotive air conditioning parts mula noong 2008 , buuin ang mga pressure controller, valve, at copper fitting na nasa dulo ng pagtanggap ng mga signal na iyon.

EVR Solenoid Valve para sa Refrigeration at Air Conditioning Kinokontrol ang daloy ng nagpapalamig sa mga linya ng likido, higop, at mainit na gas, na may direktang kumikilos at pilot-operated na mga opsyon para sa mga sistema ng pagpapalamig. Tingnan ang Produkto →

Thermal Expansion Valve na may Adjustable Superheat Control Kinokontrol ang daloy ng nagpapalamig upang mapanatili ang sobrang init, na nagtatampok ng H-type na katawan at 0–8°C static na superheat adjustment para sa mga cooling system. Tingnan ang Produkto →

Pagtukoy sa isang Controller: Ano ang Suriin

• Uri at saklaw ng input, itinugma sa aktwal na sensor: NTC, PT100, 4 hanggang 20 mA, o 0 hanggang 10 V.
• Uri at resolution ng output: relay, solid state relay drive, kasalukuyang, boltahe, o PWM.
• Sample rate, sapat na mabilis para sa proseso ngunit hindi masyadong mabilis na nangingibabaw ang ingay sa pagkalkula.
• Auto-tune, anti-windup, at bumpless na paglipat sa pagitan ng mga manual at awtomatikong mode.
• Mga limitasyon sa output at alarma, kabilang ang mataas at mababang clamp para sa integral term.
• Kapaligiran: panel o DIN rail mounting, IP rating, ambient temperature, vibration, at supply voltage tolerance.

Ang PID controller ay tatlong pagwawasto na pinagsama-sama at inuulit sa isang orasan: isa laban sa kasalukuyang error, isa laban sa naipon na error, at isa laban sa bilis ng pagbabago. Ang pisika ng proseso ay nagtatakda ng kisame sa pagganap, at ang mga setting ay nagpapasya kung gaano kalapit ang loop dito. Kunin ang direksyon ng actuator nang tama, sukatin nang tapat ang oras, at panatilihing katamtaman ang mga natamo. Ang kumbinasyong iyon ay lumulutas ng higit pang mga loop kaysa sa anumang agresibong sesyon ng pag-tune.