Դիտումներ: 0 Հեղինակ: Կայքի խմբագիր Հրապարակեք ժամանակը: 2025-06-13 Ծագումը. Կայք
Անթիվ ավտոմատացված համակարգերի հետեւում, որոնք անթերի են կարգավորում ջերմաստիճանը, պահպանում են ճշգրիտ ճնշումը կամ շարժիչը պահում անընդհատ արագությամբ, ապա էլեգանտ եւ հզոր ալգորիթմը հանգիստ է: Այն հաճախ նկարագրվում է որպես 'ժամանակակից արդյունաբերական աշխատատեղ, այնուամենայնիվ, շատերը, ովքեր օգտվում են դրա ճշգրտությունից, չեն հասկանում, թե ինչպես է այն գործում: Շատ ավտոմատացված գործընթացներ, եթե մնացել են չստուգված, տառապում էին վայրի անկայունությունից, անընդհատ գերակշռում էին իրենց թիրախները, կամ ցուցադրում էին դանդաղ, անարդյունավետ պատասխաններ: Այս մարտահրավերների համար ձեռքով վերահսկումը պարզապես տարբերակ չէ:
Սա այն դեպքում, երբ մտնում է համամասնական-ինտեգրալ-ածանցյալ (PID կառավարման ալգորիթմ): Մոտ մեկ դար է մնացել ամենատարածված եւ վստահելի ալգորիթմը կայուն, արդյունավետ եւ հուսալի ավտոմատացված համակարգեր ստեղծելու համար: Այս ուղեցույցը կվիճարկի այս հիմնական հայեցակարգը: Մենք կխախտենք հենց այն, ինչ գտնվում է PID կառավարման ալգորիթմը, թե ինչպես է իր երեք հիմնական բաղադրիչներից յուրաքանչյուրը ներդաշնակորեն գործում, ինչու է այդքան կարեւոր ժամանակակից սարքերի համար Փոփոխական հաճախականության սկավառակ եւ ինչպես պետք է մոտենալ թյունինգի կրիտիկական արվեստին `օպտիմալ կատարման համար: Այս ալգորիթմը հասկանալը կարեւոր է գործընթացների վերահսկման ավելի բարձր մակարդակի բացումը:
Հասկանալու համար PID կառավարման ալգորիթմը, դուք նախ պետք է գցեք դրա հիմնական գործառույթը. The անկալի «սահմանված կետը» պահպանել համակարգի արդյունքը խելացիորեն ղեկավարելու միջոցով: Դա ոսկու ստանդարտ է փակված հետադարձ կապի վերահսկման համար:
Պատկերացրեք, որ ցանկանում եք պահպանել ջրի բաքի ջերմաստիճանը ճիշտ 70 ° C ջերմաստիճանում: Այս 70 ° C- ն ձեր սահմանված կետն է: Տանկում ջերմաստիճանի ցուցիչն ապահովում է ներկայիս ջերմաստիճանը, որն է գործընթացը փոփոխական: PID կառավարման ալգորիթմը շարունակաբար հաշվարկում է «Սխալ» արժեքը, որը պարզապես տարբերությունն է սահմանված կետի եւ գործընթացի փոփոխականի միջեւ (Սխալ = SETPOUTT - Գործընթացի փոփոխական):
PID կառավարման ալգորիթմի ողջ նպատակը հսկիչ ելք (ջեռուցման տարրի նման) շահարկելն է այնպես, որ այն սկավառակի այս սխալը հնարավորինս արագ եւ սահուն: Դա դրան հասնում է երեք հստակ վերահսկման գործողությունների կշռված գումարի միջոցով, համամասնական, ինտեգրալ եւ ածանցյալ: PID կառավարման ալգորիթմը դինամիկ պատասխանի գլուխգործոց է:
Համամասնական ժամկետը PID կառավարման ալգորիթմի հիմնական շարժիչ ուժն է: Այն առաջացնում է կառավարման ելք, որն ուղղակիորեն համամասն է ընթացիկ սխալի չափին:
Ինչպես է այն գործում. Մեծ սխալը հանգեցնում է մեծ ուղղիչ գործողությունների: Փոքր սխալը հանգեցնում է փոքր ուղղիչ գործողությունների:
Անալոգիա. Մտածեք դրա մասին, ինչպես ձեր մեքենայի գազի ոտնակը: Որքան հետագա ընթացիկ արագությունը ցածր է արագության սահմանից (սահմանված կետ), այնքան ավելի դժվար է սեղմել ոտնակը: Այս համամասնական գործողությունն ապահովում է նախնական, ուժեղ պատասխանը ճիշտ շեղումների համար:
Այնուամենայնիվ, միայն համամասնական վերահսկողությունը հաճախ սահմանափակություն ունի: Շատ համակարգերում այն կհասնի մի կետի, երբ ուղղիչ գործողությունը այնքան էլ բավարար չէ սխալը լիարժեք վերացնելու համար, ինչը հանգեցնում է փոքր, բայց կայուն վիճակի սխալը:
Ինտեգրալ տերմինը նայում է սխալի պատմությանը: Այն անընդհատ ամփոփում է կամ ինտեգրվում, ժամանակի ընթացքում սխալի արժեքը:
Ինչպես է այն աշխատում. Քանի դեռ ոչ զրոյական սխալը շարունակվում է, ինտեգրալ տերմինը կշարունակի աճել, ավելացնելով ավելի ու ավելի ուղղիչ ուժ: Այս գործողությունը հատուկ նախագծված է համամասնական վերահսկիչով թողած կայուն վիճակի սխալը վերացնելու համար:
Անալոգիա. Դուք վարում եք վերամբարձ, եւ ձեր նավարկության վերահսկողության համամասնական պատասխանը այնքան էլ ուժեղ չէ արագության սահմանը պահպանելու համար: Մեքենան բնակություն է հաստատում սահմանված կետի 2 մղոն հեռավորության վրա: PID կառավարման ալգորիթմի անբաժանելի բաղադրիչը նկատում է այս համառ սխալը մի քանի վայրկյանում, կուտակում է այն եւ պատմում է շարժիչին ընդամենը մի փոքր ավելի շատ ուժ ավելացնել, մինչեւ որ մեքենան լինի հենց արագության սահմաններում եւ մնում է այնտեղ:
Ինտեգրալ գործողությունն ապահովում է անհավատալի ճշգրտություն, բայց եթե դրա շահը շատ բարձր է, այն կարող է հանգեցնել սահմանված կարգի գերագնահատմանը: Ամբողջ PID կառավարման ալգորիթմի արդյունավետությունը կախված է այս տերմինը հավասարակշռելուց:
Ածանցյալ տերմինը PID կառավարման ալգորիթմի ամենաբարդ մասն է: Այն չի նայում ընթացիկ սխալին կամ անցյալի սխալներին. Փոխարենը, այն նայում է սխալի փոփոխության արագությանը:
Ինչպես է այն աշխատում. Ածանցյալ տերմինը կանխատեսում է սխալի հետագա պահվածքը: Եթե սխալը շատ արագ փակվում է զրոյի մեջ, ածանցյալ տերմինը արգելակման կամ խոնավեցնող ուժ է կիրառվում արտադրանքի վրա, որպեսզի համակարգը թռչի կետի թռիչքը:
Անալոգիա. Քանի որ ձեր մեքենան արագորեն մոտենում է ցանկալի արագությանը, դուք բնազդաբար թեթեւացնում եք գազի ոտնակը նախքան այն հասնելը `նպատակային սահուն, փափուկ վայրէջք ապահովելու համար: Դա հենց այն է, ինչ անում է ածանցյալ ժամկետը: Այն խոնավացնում է պատասխանը, նվազեցնում է գերհագեցած եւ բարելավում համակարգի կայունությունը:
Չնայած հզոր, ածանցյալ վերահսկողությունը խիստ զգայուն է սենսորներից չափման աղմուկի նկատմամբ: «Jumpy » հետադարձ կապ ունեցող համակարգերում դա կարող է առաջացնել անսխալ պահվածք, որի պատճառով այն երբեմն բաց է թողել, որի արդյունքում գործում է PI վերահսկիչ: Այնուամենայնիվ, PID կառավարման ամբողջական ալգորիթմի համար այս կանխատեսող տարրը բարձր արդյունավետության բանալին է:
Լավ լարված PID կառավարման ալգորիթմի իրականացումը ոչ միայն գիտական վարժություն է. Այն տրամադրում է շոշափելի, չափելի առավելություններ, որոնք կարեւոր են ժամանակակից արդյունաբերության համար: Պատշաճ կերպով կատարված PID կառավարման ալգորիթմը խաղ-փոխիչ է:
Բարձրացված ճշգրտություն. Հիմնականի օգուտը ցանկալի սահմանի կետի միջեւ անջրպետը կտրուկ նվազեցնելու ունակությունն է եւ իրական գործընթացների փոփոխականը `հանգեցնելով արտադրանքի որակի եւ հուսալի կատարման: PID կառավարման ալգորիթմը դա հնարավոր է դարձնում:
Բարելավված կայունություն. Լավ լարված PID կառավարման ալգորիթմը վերածում է քաոսային, տատանվող գործընթացը սահուն եւ կայուն: Այն տանում է տատանումներ, որոնք այլ կերպ կարող են վնասել սարքավորումները կամ փչացնել արտադրանքը:
Էներգախնայողություն. Խուսափելով ON / OFF Control- ի անընդհատ շտկման եւ խելահեղ հեծանվավազքից, PID կառավարման ալգորիթմը ապահովում է, որ շարժիչները, ջեռուցիչները եւ փականները օգտագործում են անհրաժեշտ էներգիայի ճշգրիտ քանակը: Սա հանգեցնում է գործառնական ծախսերի զգալի կրճատումների:
Նվազեցված մաշվածությունն ու արցունքները. PID կառավարման ալգորիթմի կողմից ապահովված սահուն, վերահսկվող ճշգրտումները հեռու են մեխանիկական բաղադրիչների վրա, ինչպիսիք են փականները, պոմպերը եւ փոխանցումները: Սա ուղղակիորեն թարգմանում է ավելի երկար սարքավորումների կյանքի եւ պահպանման ցածր ծախսերի:
Ամբողջական ավտոմատացում. PID կառավարման ալգորիթմը արդյունավետորեն ավտոմատացնում է կարգավորման բարդ առաջադրանքները, ազատելով մարդկային օպերատորներին եւ հասնելով կայունության մակարդակի, որը անհնար է ձեռքով վերարտադրվել:
PID կառավարման ալգորիթմի այսօր ամենատարածված եւ հզոր դիմումներից մեկն է Vfd (փոփոխական հաճախականության սկավառակ): Այս համադրությունը հեղափոխություն է կատարել արդյունաբերությունները HVAC- ից մինչեւ ջրի բուժում:
A VFD- ն այնպիսի սարք է, որը վերահսկում է AC շարժիչի արագությունը, տարբերելով էլեկտրական էներգիայի հաճախականությունը: Ինքնին, «բաց հանգույց» ռեժիմով VFD- ն ուղղակի հրամաններ է ուղարկում հատուկ արագության համար:
Խելացի, ինքնակարգավորվող համակարգ ստեղծելու համար մենք ներկայացնում ենք հետադարձ կապի հանգույց: Փոխանցող, ինչպիսիք են ճնշման ցուցիչը, հոսքի հաշվիչը կամ ջերմաստիճանի զննությունը, գործընթացում փոփոխական են եւ ուղարկում են հետադարձ կապի ազդանշան (սովորաբար անալոգային 4-20MA կամ 0-10VDC ազդանշան) վերադառնում է VFD: VFD- ի ժամանակակից ստորաբաժանումներից շատերն ունեն ներկառուցված PID կառավարման ալգորիթմ: Ներքին PID կառավարման այս գործառույթը դառնում է գործողության ուղեղը, օգտագործելով Transducer- ի հետադարձ կապը `ավտոմատ կերպով կարգավորելու շարժիչի արագությունը` սահմանված կետը պահպանելու համար:
Եկեք պատկերացնենք ընդհանուր սցենարով. Խոստերի պոմպային համակարգ, որը պետք է պահպանվի 50 PSI- ի մշտական ճնշումը շենքի սանտեխնիկայի մեջ:
Սցենարը առանց PID. Պոմպը կամ անջատվելու է, կամ վազում է 100% արագությամբ: Սա կհանգեցնի ճնշման զանգվածային բծեր (ջրային մուրճ), համակարգը բուֆերացնելու համար մեծ ճնշման բաք է պահանջում եւ աներեւակայելի անարդյունավետ:
PID կառավարման ալգորիթմով սցենարը VFD- ում.
SETUP. Pressure րի գծի վրա տեղադրված է ճնշման փոխանցիչ եւ լարված VFD- ի անալոգային մուտքագրմանը: 50 PSI- ի ցանկալի սահմանադրությունը ծրագրավորված է VFD- ում:
Գործողություն. Ինչ-որ մեկը բացում է ծորակը, իսկ ճնշումը նվազում է 45 PSI- ին: Փոխարկիչը ազդանշան է ուղարկում VFD- ին, նշելով անկումը:
Պատասխան. VFD- ի ներքին PID կառավարման ալգորիթմը հաշվարկում է մեծ սխալ: Համամասնական ժամկետը անմիջապես սկսվում է, պատճառելով, որ VFD- ն արագորեն թեքվի շարժիչի արագությունը: Ինտեգրալ տերմինը սկսում է կուտակել սխալը `այն չի լուծվում 50 PSI- ից ցածր:
Կայունացում. Քանի որ ճնշումը արագորեն մոտենում է PSI- ի 50 կետին, PID կառավարման ալգորիթմի ածանցյալ ժամկետը ակնկալում է ժամանումը եւ շարժիչը հեշտացնում է: VFD- ն այնուհետեւ հիանալի կերպով մոդուլավորում է շարժիչի արագությունը `ճնշումը կայուն պահելու համար` ճիշտ 50 PSI- ում, անկախ նրանից, թե քանի ծորակ է բաց: PID կառավարման ալգորիթմի եւ VFD- ի այս օգտագործումը վերացնում է բարդ մեխանիկական ճնշման կարգավորող փականների անհրաժեշտությունը եւ խնայում է հսկայական քանակությամբ էներգիա:
PID կառավարման ալգորիթմի եւ VFD- ի միջեւ եղած սիներգիան այստեղ չի դադարում: Վերջին միտումը ներառում է օպտիմիզացման մեկ այլ շերտ: Հագուստի կառավարման ալգորիթմը կայունացրել է շարժիչի արագությունը `գործընթացի պահանջարկը բավարարելու համար, առաջադեմ ' ակտիվ էներգետիկ հսկողություն 'ալգորիթմը կարող է ստանձնել:
Այս երկրորդային ալգորիթմը խելացիորեն եւ աստիճանաբար նվազեցնում է լարման այդ կայուն արագությամբ: շարժիչին մատակարարվող Այն անընդհատ վերահսկում է շարժիչային պարամետրերը, ինչպիսիք են սայթաքումը եւ հոսանքը գտնելու համար անհրաժեշտ մոմենտը տրամադրելու համար անհրաժեշտ բացարձակ նվազագույն լարման: Մագնիսական հոսքը շարժիչային միջուկում նվազեցնելով, այս մեթոդը կարող է նվազեցնել շարժիչային կորուստները եւ հասնել էներգետիկ խնայողությունների լրացուցիչ 2-10% -ը ` վերեւում : PID հսկիչով եւ VFD- ով արդեն տրամադրված խնայողությունների Սա ժամանակակից PID կառավարման ալգորիթմի հիմնական օրինակ է, որն աշխատում է համերգով այլ խելացի տրամաբանությամբ:
PID կառավարման ալգորիթմը նույնքան լավն է, որքան իր թյունինգը: 'Tuning ' - ը P, I եւ D պայմանների համար օպտիմալ շահագործման արժեքները սահմանելու գործընթացն է: Նպատակը `արագ արձագանքին հասնել նվազագույն գերխնկման եւ տատանումների փոփոխություններին: Սա, հավանաբար, PID կառավարման ալգորիթմի իրականացման ամենաքննադատական կողմն է:
Սխալ շահի արժեքները կարող են համակարգ ստեղծել ավելի վատ, քան ընդհանրապես վերահսկողություն չունենալով:
| Վատ կարգաբերման պայմանը, | որի արդյունքում համակարգի վարքագիծը |
|---|---|
| Համամասնական (P) շահույթը չափազանց բարձր է | Համակարգը դառնում է ագրեսիվ եւ տատանվողներ, որոնք վայրէջք են կատարում իրավիճակի շուրջը, երբեք չհամաձայնվեք ներքեւ: |
| Integral (i) շահույթ շատ բարձր | Համակարգը զգալիորեն կվերացնի կարգավորումը եւ շատ երկար ժամանակ կպահանջի բնակվելու համար: |
| Ածանցյալ (դ) շահույթ շատ բարձր | Համակարգը դառնում է 'Twitchy ' եւ հիպերպայահատ է ցանկացած սենսորային աղմուկի համար, ինչը հանգեցնում է անկայունության: |
Չնայած շատ ժամանակակից վերահսկիչների վրա կան ավտոմատ կարգաբերող առանձնահատկություններ, ձեռնարկի թյունինգի գործընթացը հասկանալը անգնահատելի հմտություն է: Ziegler-Nichols մեթոդը դասական ինժեներական մոտեցում է `ձեր PID կառավարման ալգորիթմի համար լավ մեկնարկային արժեքներ գտնելու համար:
Սկսեք զրոյից. Սկսեք ձեր ինտեգրալը (i) եւ ածանցյալ (դ) արժեքներ ձեռք բերել զրոյի: Սա վերահսկիչը վերածում է համամասնականի միայն վերահսկիչի:
Բարձրացնել համամասնական (P) շահը. Համակարգի հետ աշխատող համակարգը դանդաղորեն ավելացրեք P շահը: Ինչպես անում եք, համակարգը կսկսի տատանվել: Շարունակեք աճել P- ն այնքան ժամանակ, մինչեւ համակարգը հասնի մի կետի, որտեղ այն տատանվում է կայուն, կայուն եւ շարունակական դրույքաչափով: Այս P արժեքը կոչվում է 'Ultimate Gain ' (KU):
Չափել տատանումների ժամանակահատվածը. Մինչ համակարգը կայուն է տանում, չափեք այն ժամանակը, որը տեւում է տատանումների մեկ ամբողջական ալիքի համար (մեկ գագաթից մյուսը): Այս անգամ «Ultimate Toder» (TU) է:
Հաշվարկեք շահույթը. Այժմ օգտագործեք կայացած Ziegler-Nichols բանաձեւերը `ձեր մեկնարկային արժեքները հաշվարկելու համար: Ստանդարտ PID կառավարման ալգորիթմի համար.
P շահ = 0.6 * ku
Ես շահում եմ = 2 * p շահույթ / TU
D շահույթ = p շահ * TU / 8
Նուրբ մեղադրանք. Այս հաշվարկված արժեքները հիանալի մեկնարկային կետ են: Այստեղից փոքր, հավելյալ ճշգրտումներ կատարեք P- ի I- ի եւ D պայմանների համար `համակարգի պատասխանը կատարյալ կատարելու համար` ձեր հատուկ հայտի կարիքների համար (օրինակ, ավելի արագ արձագանքը ընդդեմ ավելի քիչ գերադասելի): Այս գործընթացը կարեւոր է PID կառավարման ալգորիթմը յուրացնելու համար:
Պաշտոնային PID կառավարման ալգորիթմը հաշվարկում է յուրաքանչյուր ցիկլի մեջ պահանջվող ամբողջական, բացարձակ ելքային արժեքը (օրինակ, 'Սահմանիչ մինչեւ 75% էներգիա '): PID- ի Control- ի հավելյալ ալգորիթմը հաշվարկում է միայն նախորդ ելքից անհրաժեշտ փոփոխությունը (օրինակ, 'բարձրացնել ջեռուցիչը 2%»): Լրացուցիչ մոտեցումը կարող է ավելի անվտանգ լինել որոշ համակարգերում, քանի որ դա կանխում է արտադրության մեծ, կտրուկ ցատկերը, եթե վերահսկիչը հակիրճ վերագործարկվի:
Շատ չափման միջոցով «աղմուկը». Նշանակում է, որ սենսորի հետադարձ կապը արագ եւ անհապաղ տատանվում է. Այս ընդհանուր 'աղմկոտ ' հանգույցներում ստանդարտ պրակտիկա է, D- ն շահույթը զրոյի սահմանելու եւ գործելու համար միայն PID հսկիչ (մասնավորապես, PI հսկողություն):
Overshoot- ը այն ժամանակ, երբ գործընթացը կադրեր է նկարահանում սահմանված կետի կողքին, նախքան ներքեւ կարգավորելը: Դա դասական նշան է, որ ինտեգրալ (i) շահույթը չափազանց բարձր է, վերահսկիչը դարձնելով «քամի» չափազանց շատ ուղղիչ գործողություն: Այն կարող է պատճառ դառնալ նաեւ անբավարար ածանցյալ (դ) պատասխանը `պատասխանը խոնավացնելու համար: Այն շտկելու համար նախ պետք է փորձեք նվազեցնել ինտեգրալ շահույթը:
Այո, բացարձակապես: PLC (ծրագրավորվող տրամաբանության վերահսկիչ) հանդիսանում է PID կառավարման ալգորիթմի իրականացման ամենատարածված հարթակներից մեկը: Ժամանակակից PLCS- ի մեծ մասը նվիրված է, ներկառուցված PID ֆունկցիայի բլոկներ, որոնք կազմաձեւում են պարզ: PLC- ն հաճախ կատարում է PID կառավարման հաշվարկը, այնուհետեւ արդյունքում առաջացած անալոգային ելքի ազդանշանը ուղարկում է VFD կամ կառավարման փական:
PID կառավարման ալգորիթմը էլեգանտ եւ արդյունավետ տեխնիկայի կտակ է: Այն հիմնարար, հզոր եւ զգալիորեն ճկուն գործիք է, որը կազմում է ժամանակակից արդյունաբերական ավտոմատացման անկողինը: Փորձագետորեն հավասարակշռելով ներկաներին իր համամասնական պատասխանը, դրա անբաժանելի քննարկումը եւ ապագայի նրա անբավարար կանխատեսումը, PID կառավարման ալգորիթմը բերում է անզուգական կայունություն, արդյունավետություն եւ ճշգրիտ համակարգեր, որոնք այլապես կլինեն քաոսային, վատթարանալ:
Mext երմաստիճանի ամենապարզ վերահսկիչից մինչեւ առավել առաջադեմ VFD- ի էներգախնայող ռեժիմի էներգախնայող ռեժիմները, PID կառավարման ալգորիթմը ընդհանուր թելի մեջ է: Իր սկզբունքներին եւ դրա կարգաբերման արվեստի տիրապետումն է, եւ կշարունակվի լինել հիմնաքարային հմտություն `ճարտարագիտության, ավտոմատացման եւ գործընթացների վերահսկման ոլորտներում ցանկացած ստանդարտ մասնագետի համար:
