منوی وب

جستجوی محصول

زبان

به اشتراک بگذارید

صفحه اصلی / اخبار / اخبار صنعت / یک کنترلر PID چگونه کار می کند؟ متناسب، انتگرال و مشتق توضیح داده شده است

یک کنترلر PID چگونه کار می کند؟ متناسب، انتگرال و مشتق توضیح داده شده است

اگر یک اتاق سرد 2 K بالاتر از نقطه تنظیم خود و سپس 3 K پایین تر از آن حرکت کند و این چرخه را هر چند دقیقه تکرار کند، کنترل کننده قبل از اینکه سنسور، شیر یا ترافیک درب انجام شود مورد سرزنش قرار می گیرد. بیشتر اوقات سخت افزار خوب است و تنظیمات حلقه خوب نیست.

پاسخ کوتاه به نحوه عملکرد یک کنترل‌کننده PID: یک متغیر فرآیند را اندازه‌گیری می‌کند، آن را با یک نقطه تنظیم مقایسه می‌کند، و یک محرک را با یک اصلاح ساخته شده از سه عبارت هدایت می‌کند. عبارت تناسبی به خطایی که در حال حاضر وجود دارد پاسخ می دهد. عبارت انتگرال به خطای انباشته شده در طول زمان پاسخ می دهد. عبارت مشتق به سرعت تغییر خطا پاسخ می دهد. آنها با هم، خروجی تولید می کنند که یک شیر را باز می کند، سرعت فن را تغییر می دهد یا ظرفیت کمپرسور را کاهش می دهد.

ایده اصلی: اندازه گیری، مقایسه، تصحیح

هر حلقه PID دارای چهار بخش است: یک سنسور که متغیر فرآیند را گزارش می‌کند، یک کنترل‌کننده که نقطه تنظیم را نگه می‌دارد و محاسبات را انجام می‌دهد، یک محرک که می‌تواند فرآیند را تغییر دهد و خود فرآیند. سنسور کنترل کننده را تغذیه می کند، کنترل کننده محرک را حرکت می دهد و محرک آنچه را که سنسور می خواند تغییر می دهد. آن دایره حلقه بسته است.

کنترل کننده یک محاسبه را در یک بازه زمانی ثابت تکرار می کند، زمان نمونه. مقدار اندازه گیری شده را از نقطه تنظیم کم می کند و تفاوت را خطا می نامد. در یک برنامه خنک کننده، مقدار اندازه گیری شده بالاتر از نقطه تنظیم، خطای مثبت و خنک کننده بیشتر می دهد. حلقه را به روش اشتباه پیکربندی کنید و زمانی که باید مستقیماً عمل کند، عمل معکوس می شود. به جای ته نشین شدن فرار می کند و هیچ مقدار تنظیم آن را برطرف نمی کند.

خروجی با هر چیزی که محرک انتظار دارد مطابقت دارد: 0 تا 10 ولت برای یک شیر تعدیل کننده، 4 تا 20 میلی آمپر برای یک پوزیشنر، یک کنتاکت رله برای کمپرسور، یا مدولاسیون عرض پالس برای یک بخاری. یک خروجی رله محاسبه PID را به یک تصمیم آستانه تبدیل می کند، بنابراین وضوح حلقه بستگی به تعداد دفعات سوئیچ کردن مخاطب دارد.

آنچه که سه اصطلاح در واقع انجام می دهند

هر عبارت دارای یک کار است و هر عبارت را می توان با صفر کردن بهره آن خاموش کرد. بسیاری از حلقه‌های کاری به‌عنوان کنترل‌کننده‌های PI اجرا می‌شوند، زیرا عملکرد مشتق کمی به فرآیند دمای آهسته اضافه می‌کند.

مدت متناسب

عبارت متناسب خطای فعلی را در یک بهره ضرب می کند. با بهره 2 و خطای 3 K، خروجی 6 واحد حرکت می کند. بهره بیشتر به معنای تصحیح سریعتر است، اما با گذشتن از یک نقطه، حلقه نوسان می‌کند، زیرا کنترل‌کننده به اندازه‌گیری واکنش نشان می‌دهد که فرآیند پاسخ را تمام نکرده است. یک کنترل کننده فقط متناسب به ندرت دقیقاً روی نقطه تنظیم قرار می گیرد. در جایی حل می‌شود که خطای باقی‌مانده به اندازه‌ای بزرگ باشد که خروجی مورد نیاز فرآیند را نگه دارد، و آن باقیمانده به حالت ثابت جبران می‌شود.

اصطلاح انتگرال

عبارت انتگرال خطا را در طول زمان انباشته می کند و همچنان تصحیح را اضافه می کند در حالی که خطا ادامه دارد، که معمولاً در تکرار در دقیقه یا ثانیه در هر تکرار بیان می شود. افست را حذف می کند، به همین دلیل است که یک حلقه PI می تواند دمای آب سرد را دقیقاً در جایی که می خواهید نگه دارد. قیمت تاخیر است: عمل انتگرال مبتنی بر تاریخ است، بنابراین پس از رفع خطا به فشار ادامه می دهد و نوسان آهسته ای ایجاد می کند که ظاهر شدن آن بسیار بیشتر از نوسان متناسب طول می کشد. همچنین باد می کند. اگر سوپاپ از قبل کاملاً باز باشد، اصطلاح تصحیحاتی را که نمی‌تواند ارائه دهد جمع‌آوری می‌کند و زمانی که خطا در نهایت معکوس می‌شود، حلقه به شدت زیاد می‌شود.

اصطلاح مشتق

عبارت مشتق به نرخ تغییر خطا پاسخ می‌دهد و با حرکت مخالفت می‌کند، که حلقه را کاهش می‌دهد و بهره متناسب بیشتری را ممکن می‌سازد. همچنین نویز حسگر را تقویت می‌کند، زیرا یک خواندن نویز کوچک در یک زمان نمونه کوتاه به نظر نرخ تغییر بسیار زیادی دارد. در عمل عمل مشتق فیلتر می‌شود، به جای خطا، بر اساس اندازه‌گیری محاسبه می‌شود، یا به سادگی روی صفر گذاشته می‌شود.

جدول 1: چگونه هر عبارت PID به خروجی کمک می کند، و چه اتفاقی می افتد زمانی که سود آن بیش از حد تهاجمی تنظیم شود.
مدت واکنش نشان می دهد فایده اصلی اگر خیلی بالا تنظیم شود
متناسب خطای فعلی تصحیح سریع و پاسخ اولیه فشرده نوسان سریع، شکار دریچه
انتگرال خطای انباشته شده افست حالت ثابت را حذف می کند نوسان آهسته، بیش از حد پس از اشباع
مشتق نرخ تغییر خطا میرایی، امکان بهره متناسب بالاتر را فراهم می کند نویز تقویت‌شده، حرکت محرک ناگهانی

یک مثال تبرید: کنترل سوپرگرم

یک شیر انبساط الکترونیکی را روی یک چیلر بگیرید. متغیر کنترل شده سوپرهیت در خروجی اواپراتور است، نقطه تنظیم ممکن است 5 K باشد و محرک موتور شیر یا یک سلونوئید متناسب است. هنگامی که سوپرگرم از نقطه تنظیم بالاتر می رود، دریچه باز می شود تا مبرد بیشتری وارد شود. عبارت تناسبی آن را متناسب با خطا باز می‌کند، عبارت انتگرال آن را باز می‌کند تا زمانی که سوپرگرم ته نشین شود، و عبارت مشتق، جایی که استفاده می‌شود، باز شدن را کند می‌کند، زیرا سوپرگرم شروع به ریزش می‌کند تا دریچه بیش از حد به جریان برگشتی مایع تبدیل نشود.

همان ساختار در سراسر یک کارخانه تبرید ظاهر می شود. فشار متراکم اغلب با تعدیل سرعت فن کندانسور حفظ می شود که آن را به یک حلقه فشار تبدیل می کند. ظرفیت کمپرسور را می توان با حلقه ای کاهش داد که خطای فشار مکش را به فرمان اینورتر تبدیل می کند. حلقه های دمای اتاق و محصول دارای زمان طولانی مرده هستند و معمولاً بدون اعمال مشتق کار می کنند.

Refrigeration Pressure Controller with Mechanical Pointer Display کنترل کننده فشار تبرید با نمایشگر اشاره گر مکانیکی نظارت بر فشار بالا و پایین را با تنظیم مجدد خودکار فراهم می کند و به محافظت از کمپرسورها، فن ها و شیرهای تخلیه در سیستم های تبرید کمک می کند. مشاهده محصول →

تنظیم بدون حدس و گمان

شرایط با هم تعامل دارند، بنابراین تنظیم از یک ترتیب ثابت پیروی می کند:

  1. حلقه را در دستی قرار دهید و تأیید کنید که محرک تمام محدوده خود را بدون چسبندگی طی می کند.
  2. انتگرال و مشتق را روی صفر قرار دهید، سپس بهره متناسب را افزایش دهید تا اندازه گیری یک نوسان کوچک و پیوسته را نشان دهد.
  3. سود متناسب را به حدود نصف آن مقدار کاهش دهید.
  4. عمل انتگرال را به آرامی اضافه کنید تا زمانی که افست در یک زمان قابل قبول ناپدید شود.
  5. فقط در صورت باقی ماندن بیش از حد و تمیز بودن سیگنال، مشتق را اضافه کنید.

زمان مرده تعیین می کند که یک حلقه چقدر می تواند فشار داده شود. اگر فرآیند به 60 ثانیه برای پاسخ به حرکت دریچه نیاز داشته باشد و ثابت زمانی آن 300 ثانیه باشد، نسبت 0.2، قوانین کلاسیک مانند Ziegler-Nichols یا تنظیم لامبدا سود قابل اجرا ایجاد می کند. اگر زمان مرده با ثابت زمانی قابل مقایسه باشد، برای مثال سنسوری که در پایین دست شیر ​​نصب شده باشد، هیچ چیز حلقه را سریع نمی کند و راه حل واقعی حرکت دادن سنسور یا اضافه کردن پیشخور است.

جدول 2: علائم حلقه رایج، علت معمول و اولین تنظیمی که باید امتحان کرد.
علامت علت معمولی تنظیم اول
نوسان سریع و پیوسته متناسب gain too high کاهش سود متناسب
نوسان آهسته در عرض چند دقیقه انتگرال action too strong در هر تکرار، ثانیه ها را افزایش دهید
افستی که هرگز بسته نمی شود انتگرال disabled or output limited عملکرد یکپارچه را فعال کنید، گیره های خروجی را بررسی کنید
حرکت سوپاپ تند و سریع مشتق on a noisy signal ورودی را فیلتر کنید یا مشتق را روی صفر تنظیم کنید

مشکلات عملی در کف گیاه

اکثر مشکلات راه اندازی به چند دسته تقسیم می شوند:

  • جمع شدن انتگرال. در حالی که خطا باقی می ماند، خروجی در برابر یک حد اشباع می شود، و زمانی که خطا معکوس می شود، حلقه بیش از حد افزایش می یابد. منطق ضد باد و بستن خروجی آن را حل می کند.
  • صدای سنسور فیلتری که ثابت زمانی آن نزدیک به زمان نمونه باشد می تواند زمان مرده حلقه را تقریباً دو برابر کند. ورودی را فیلتر کنید نه خروجی را.
  • مرده باند محرک. دریچه ای که قبل از حرکت نیاز به تغییر خروجی 3 درصدی دارد، محدودیت سختی را برای محکم نگه داشتن حلقه تعیین می کند.
  • زمان نمونه. حلقه ای که یک بار در دقیقه اسکن می شود نمی تواند فرآیندی را با ثابت زمانی 30 ثانیه کنترل کند.
  • غیر خطی بودن دریچه ای که در اواسط مسیر ملایم است و در نزدیکی صندلی ناگهانی است، ممکن است به برنامه ریزی افزایش یا خروجی مشخص نیاز داشته باشد.

جایی که PID با سخت افزار تبرید و تهویه مطبوع ملاقات می کند

خروجی PID فقط در صورتی مهم است که محرک بتواند از آن استفاده کند. شیرهای برقی متناسب، شیرهای انبساط الکترونیکی، درایوهای فرکانس متغیر روی فن‌های کندانسور، و شیرهای سه طرفه کنترل جریان، همگی سیگنال پیوسته را می‌پذیرند و مدوله می‌کنند. دستگاه‌های روشن و خاموش مانند شیرهای برقی استاندارد، دریچه‌های انبساط حرارتی نوع لامپ و سوئیچ‌های فشار مکانیکی دستگاه‌های آستانه هستند، بنابراین یک کنترل‌کننده PID که آنها را هدایت می‌کند واقعاً یک چرخه کاری ایجاد می‌کند.

این تفاوت نحوه قضاوت اجزا را تغییر می دهد. دریچه‌ای که سال‌ها سیگنال مدوله‌کننده را دنبال می‌کند با شیری که چند بار در ساعت سوئیچ می‌کند متفاوت است، به همین دلیل است که عملکرد طولانی مدت یک شیر برقی تعدیل کننده قبل از راه اندازی حلقه سزاوار توجه است.

تامین کنندگانی مانند Dingsen، تولید قطعات تبرید و تهویه مطبوع خودرو از سال 2008 ، کنترل کننده های فشار، شیرها و اتصالات مسی را بسازید که در انتهای گیرنده سیگنال ها قرار دارند.

EVR Solenoid Valve for Refrigeration and Air Conditioning شیر برقی EVR برای تبرید و تهویه مطبوع جریان مبرد را در خطوط مایع، مکش و گاز داغ با گزینه‌های عمل مستقیم و آزمایشی برای سیستم‌های تبرید کنترل می‌کند. مشاهده محصول → Thermal Expansion Valve with Adjustable Superheat Control شیر انبساط حرارتی با کنترل سوپرگرم قابل تنظیم تنظیم جریان مبرد برای حفظ گرمای فوق العاده، دارای بدنه نوع H و تنظیم سوپرهیت استاتیک 0-8 درجه سانتی گراد برای سیستم های خنک کننده. مشاهده محصول →

تعیین یک کنترلر: چه چیزی باید بررسی شود

  • نوع ورودی و محدوده، مطابق با سنسور واقعی: NTC، PT100، 4 تا 20 میلی آمپر، یا 0 تا 10 ولت.
  • نوع خروجی و وضوح: رله، درایو رله حالت جامد، جریان، ولتاژ یا PWM.
  • نرخ نمونه، به اندازه کافی برای فرآیند سریع است، اما نه آنقدر سریع که نویز بر محاسبه غالب شود.
  • تنظیم خودکار، ضد باد و انتقال بدون ضربه بین حالت دستی و خودکار.
  • محدودیت های خروجی و آلارم ها، از جمله گیره های بالا و پایین برای مدت یکپارچه.
  • محیط: نصب ریل پنل یا DIN، رتبه IP، دمای محیط، لرزش و تحمل ولتاژ منبع تغذیه.

یک کنترلر PID سه تصحیح است که با هم جمع شده و در یک ساعت تکرار می شود: یکی در برابر خطای فعلی، یکی در برابر خطای انباشته شده و دیگری در برابر سرعت تغییر. فیزیک فرآیند سقف عملکرد را تعیین می کند و تنظیمات تعیین می کنند که حلقه چقدر به آن نزدیک شود. جهت محرک را به درستی دریافت کنید، زمان مرده را صادقانه اندازه گیری کنید، و سود را کم نگه دارید. این ترکیب حلقه های بیشتری را نسبت به هر جلسه تنظیم تهاجمی حل می کند.

پست قبلی شیر برقی چگونه کار می کند؟ کویل، پیستون، روزنه، و عیب یابی توضیح داده شده است
آخرین اخبار
دسته بندی ها
با ما تماس بگیرید
X فیس بوک
محصولات اخبار