Үзсэн: 0 Зохиогч: Сайтын редактор Нийтлэх хугацаа: 2025-06-13 Гарал үүсэл: Сайт
Температурыг өө сэвгүй зохицуулдаг, нарийн даралтыг барьдаг эсвэл моторыг тогтмол хурдтай барьдаг тоо томшгүй олон автоматжуулсан системийн ард гоёмсог бөгөөд хүчирхэг алгоритм чимээгүйхэн ажиллаж байна. Үүнийг ихэвчлэн 'орчин үеийн үйлдвэрлэлийн хүч' гэж тодорхойлдог боловч түүний нарийвчлалаас ашиг тустай олон хүмүүс хэрхэн ажилладагийг бүрэн ойлгодоггүй. Олон автоматжуулсан процессууд, хэрэв хяналтгүй орхивол зэрлэг тогтворгүй байдал, зорилтоо байнга давах, эсвэл удаашралтай, үр ашиггүй хариу үйлдэл үзүүлэх болно. Эдгээр сорилтуудын хувьд гараар удирдах нь зүгээр л сонголт биш юм.
Эндээс л пропорциональ-интеграл- дериватив (PID хяналтын алгоритм) орж ирдэг. Энэ нь бараг зуун жилийн турш тогтвортой, үр ашигтай, найдвартай автоматжуулсан системийг бий болгох хамгийн өргөн хэрэглэгддэг, найдвартай алгоритм хэвээр байсаар ирсэн. Энэхүү гарын авлага нь энэхүү чухал ойлголтыг арилгах болно. Бид PID хяналтын алгоритм гэж юу болох, түүний гурван үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг нь хэрхэн уялдаа холбоотой ажилладаг, яагаад орчин үеийн төхөөрөмжүүдэд маш чухал болохыг задлах болно. Хувьсах давтамжийн хөтөч , оновчтой гүйцэтгэлийн хувьд тааруулах чухал урлагт хэрхэн хандах талаар. Энэ алгоритмыг ойлгох нь үйл явцын удирдлагын дээд түвшнийг нээх түлхүүр юм.
PID хяналтын алгоритмыг ойлгохын тулд эхлээд түүний үндсэн функцийг ойлгох хэрэгтэй: системийн гаралтыг ухаалгаар удирдах замаар хүссэн 'тогтоосон цэг'-ийг хадгалах. Энэ нь хаалттай хэлхээний санал хүсэлтийг хянах алтан стандарт юм.
Та усны савны температурыг яг 70 хэмд байлгахыг хүсч байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Энэ 70 хэм нь таны тогтоосон цэг юм. Танк дахь температур мэдрэгч нь одоогийн температурыг өгдөг бөгөөд энэ нь процессын хувьсагч юм. PID хяналтын алгоритм нь 'алдаа' утгыг тасралтгүй тооцдог бөгөөд энэ нь зүгээр л тогтоосон цэг ба процессын хувьсагчийн хоорондох зөрүү юм (Алдаа = Тохируулах цэг - Процессын хувьсагч).
PID хяналтын алгоритмын бүх зорилго нь удирдлагын гаралтыг (халаалтын элемент гэх мэт) энэ алдааг аль болох хурдан бөгөөд жигд 0 болгож өөрчлөх явдал юм. Энэ нь пропорциональ, интеграл, дериватив гэсэн гурван өөр хяналтын үйлдлүүдийн жигнэсэн нийлбэрээр үүнийг хийдэг. PID хяналтын алгоритм нь динамик хариу үйлдлийн шилдэг бүтээл юм.
Пропорциональ нэр томъёо нь PID хяналтын алгоритмын үндсэн хөдөлгөгч хүч юм. Энэ нь одоогийн алдааны хэмжээтэй шууд пропорциональ хяналтын гаралтыг үүсгэдэг.
Энэ нь хэрхэн ажилладаг вэ: Их хэмжээний алдаа нь залруулах томоохон арга хэмжээг авчирдаг. Бага зэргийн алдаа нь засах жижиг арга хэмжээ авахад хүргэдэг.
Аналоги: Үүнийг машиныхаа хийн дөрөөтэй адилаар төсөөлөөд үз дээ. Таны одоогийн хурд хурдны хязгаараас (тогтоосон цэг) доогуур байх тусам та дөрөөг илүү хүчтэй дарна. Энэхүү пропорциональ үйлдэл нь зөв хазайлтад анхны, хүчтэй хариу үйлдэл үзүүлдэг.
Гэхдээ пропорциональ хяналт дангаараа ихэвчлэн хязгаарлалттай байдаг. Олон системд энэ нь алдааг бүрэн арилгахад залруулах арга хэмжээ хангалттай биш байх цэгт хүрч, жижиг боловч байнгын 'тогтвортой төлөвийн алдаа' үүсдэг. Энэ нь PID хяналтын алгоритмын дараагийн бүрэлдэхүүн хэсэг болж хувирдаг.
Интеграл нэр томъёо нь алдааны түүхийг хардаг. Энэ нь алдааны утгыг цаг хугацааны явцад тасралтгүй нэгтгэж, нэгтгэдэг.
Энэ нь хэрхэн ажилладаг вэ: Тэгээс өөр алдаа хэвээр байх үед интеграл гишүүний тоо өссөөр, гаралтад улам бүр залруулах хүчийг нэмнэ. Энэ үйлдэл нь зөвхөн пропорциональ хянагчийн үлдээсэн тогтвортой байдлын алдааг арилгахад тусгайлан зориулагдсан болно.
Аналоги: Та өгсүүр явж байна, таны аялалын хяналтын пропорциональ хариу үйлдэл нь хурдны хязгаарыг барихад хангалттай хүчтэй биш байна. Машин нь тогтоосон хэмжээнээс 2 миль/цаг хурдтай сууна. PID хяналтын алгоритмын салшгүй бүрэлдэхүүн хэсэг нь энэ байнгын алдааг хэдхэн секундын дотор анзаарч, хуримтлуулж, машин хурдны хязгаарт хүрч, тэнд үлдэх хүртэл хөдөлгүүрт бага зэрэг хүч нэмэхийг хэлдэг.
Интеграл үйлдэл нь гайхалтай нарийвчлалыг баталгаажуулдаг боловч хэрэв түүний ашиг хэт өндөр байвал энэ нь тогтоосон цэгийг хэтрүүлэхэд хүргэж болзошгүй юм. PID хяналтын алгоритмын үр нөлөө нь энэ нэр томъёог тэнцвэржүүлэхээс хамаарна.
Дериватив нэр томъёо нь PID хяналтын алгоритмын хамгийн боловсронгуй хэсэг юм. Энэ нь одоогийн алдаа эсвэл өнгөрсөн алдаануудыг хардаггүй; оронд нь алдааны өөрчлөлтийн хурдыг хардаг.
Энэ нь хэрхэн ажилладаг вэ: Дериватив нэр томъёо нь алдааны ирээдүйн үйлдлийг урьдчилан таамаглаж байна. Хэрэв алдаа маш хурдан тэг дээр ойртож байгаа бол үүсмэл нэр томъёо нь систем тогтоосон цэгээс хэтрэхээс сэргийлж гаралтад тоормослох эсвэл чийгшүүлэх хүчийг хэрэглэнэ.
Аналоги: Таны машин хүссэн хурддаа хурдан ойртоход та хүрэхээсээ хийн дөрөөг зөөлрүүлж, өмнө зорилтот түвшиндээ зөөлөн, зөөлөн буудаг. Дериватив нэр томъёо нь яг ийм зүйл хийдэг. Энэ нь хариу үйлдлийг бууруулж, хэт ачааллыг бууруулж, системийн тогтвортой байдлыг сайжруулдаг.
Хүчирхэг боловч дериватив удирдлага нь мэдрэгчийн хэмжилтийн дуу чимээнд маш мэдрэмтгий байдаг. 'jumpy' санал хүсэлттэй системд энэ нь тогтворгүй үйлдэл үүсгэж болох тул заримдаа үүнийг орхигдуулдаг бөгөөд үүний үр дүнд PI хянагч үүсдэг. Гэсэн хэдий ч бүрэн PID хяналтын алгоритмын хувьд энэ урьдчилан таамаглах элемент нь өндөр гүйцэтгэлийн түлхүүр юм.
Сайн тохируулсан PID хяналтын алгоритмыг хэрэгжүүлэх нь зөвхөн эрдэм шинжилгээний дасгал биш юм; Энэ нь орчин үеийн үйлдвэрлэлд чухал ач холбогдолтой бодит, хэмжигдэхүйц давуу талыг өгдөг. Зөв гүйцэтгэсэн PID хяналтын алгоритм нь тоглоомыг өөрчилдөг.
Өндөр нарийвчлал: Гол давуу тал нь хүссэн тогтоосон цэг болон бодит үйл явцын хувьсагчийн хоорондох зөрүүг эрс багасгаж, бүтээгдэхүүний тогтвортой чанар, найдвартай гүйцэтгэлд хүргэдэг. PID хяналтын алгоритм нь үүнийг боломжтой болгодог.
Сайжруулсан тогтвортой байдал: Сайн тохируулсан PID хяналтын алгоритм нь эмх замбараагүй, хэлбэлзэлтэй процессыг жигд, тогтвортой болгон хувиргадаг. Энэ нь тоног төхөөрөмжийг гэмтээж эсвэл бүтээгдэхүүнийг сүйтгэж болзошгүй хэлбэлзлийг зөөлрүүлдэг.
Эрчим хүчний хэмнэлт: Асаах/унтраах удирдлагын байнгын хэт залруулга, галзуу эргэлтээс зайлсхийснээр PID хяналтын алгоритм нь мотор, халаагуур, хавхлага нь зөвхөн шаардлагатай эрчим хүчний нарийн хэмжээг ашиглахыг баталгаажуулдаг. Энэ нь үйл ажиллагааны зардлыг мэдэгдэхүйц бууруулахад хүргэдэг.
Элэгдлийг багасгасан: PID хяналтын алгоритмаар хангагдсан жигд, хяналттай тохируулга нь хавхлага, шахуурга, хурдны хайрцаг зэрэг механик эд ангиудад огцом эхлэх, зогсохоос хамаагүй зөөлөн байдаг. Энэ нь төхөөрөмжийн ашиглалтын хугацааг уртасгаж, засвар үйлчилгээний зардлыг бууруулдаг.
Бүрэн автоматжуулалт: PID хяналтын алгоритм нь зохицуулалтын нарийн төвөгтэй ажлуудыг үр дүнтэй автоматжуулж, хүний операторуудыг чөлөөлж, гараар хуулбарлах боломжгүй тогтвортой байдлын түвшинд хүрдэг.
PID хяналтын алгоритмын хамгийн түгээмэл бөгөөд хүчирхэг хэрэглээнүүдийн нэг нь a VFD (Хувьсах давтамжийн хөтөч). Энэхүү хослол нь HVAC-аас ус цэвэршүүлэх хүртэлх салбаруудад хувьсгал хийсэн.
VFD нь хувьсах гүйдлийн хөдөлгүүрийн хурдыг түүний нийлүүлж буй цахилгаан эрчим хүчний давтамжийг өөрчлөх замаар хянадаг төхөөрөмж юм. 'Нээлттэй давталт' горимд ажилладаг VFD нь өөрөө тодорхой хурдны командыг илгээдэг.
Ухаалаг, өөрийгөө зохицуулах системийг бий болгохын тулд бид эргэх холбоог нэвтрүүлдэг. Даралт мэдрэгч, урсгал хэмжигч эсвэл температур мэдрэгч гэх мэт хувиргагч нь процессын хувьсагчийг хэмжиж, VFD руу эргэх дохио (ихэвчлэн аналог 4-20мА эсвэл 0-10Vdc дохио) илгээдэг. Ихэнх орчин үеийн VFD нэгжүүд нь PID хяналтын алгоритмтай байдаг. Энэхүү дотоод PID хяналтын функц нь үйл ажиллагааны тархи болж хувиргагчийн санал хүсэлтийг ашиглан моторын хурдыг автоматаар тохируулж, тогтоосон цэгийг хадгалах болно.
Барилгын сантехникийн 50 PSI-ийн усны даралтыг тогтмол байлгах шаардлагатай өргөлтийн насосны системийг нийтлэг хувилбараар харуулъя.
PID-гүй хувилбар: Насос унтарсан эсвэл 100% хурдтай ажиллаж байна. Энэ нь их хэмжээний даралтын огцом өсөлт (усны алх) үүсгэж, системийг буфер болгохын тулд том даралтын сав шаардлагатай бөгөөд гайхалтай үр ашиггүй болно.
VFD дахь PID хяналтын алгоритмтай хувилбар:
Тохиргоо: Даралт хувиргагчийг усны шугамд суурилуулж, VFD-ийн аналог оролт руу холбосон. Хүссэн 50 PSI-г VFD-д програмчлав.
Үйлдэл: Хэн нэгэн усны цоргыг онгойлгож, даралт 45 PSI хүртэл буурдаг. Хөрвүүлэгч нь уналтыг харуулсан дохиог VFD руу илгээдэг.
Хариулт: VFD-ийн дотоод PID хяналтын алгоритм нь том алдааг тооцдог. Пропорциональ нэр томьёо нэн даруй эхэлж, VFD нь моторын хурдыг хурдан нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Интеграл нэр томъёо нь 50 PSI-ээс доош тогтохгүй байхын тулд алдааг хуримтлуулж эхэлдэг.
Тогтворжуулах: Даралт 50 PSI тогтоосон цэгт хурдан ойртох тусам PID хяналтын алгоритмын үүсмэл нэр томъёо нь ирэхийг урьдчилан таамаглаж, хөдөлгүүрийг сулруулж, хэт их ачаалал үүсэхээс сэргийлдэг. Дараа нь VFD нь хэдэн кран онгорхой байгаагаас үл хамааран даралтыг яг 50 PSI түвшинд барихын тулд моторын хурдыг төгс зохицуулдаг. PID хяналтын алгоритм ба VFD-ийн хэрэглээ нь нарийн төвөгтэй механик даралтыг зохицуулах хавхлагын хэрэгцээг арилгаж, асар их хэмжээний эрчим хүчийг хэмнэдэг.
PID хяналтын алгоритм ба VFD хоорондын хамтын ажиллагаа үүгээр зогсдоггүй. Хамгийн сүүлийн үеийн чиг хандлага нь оновчлолын өөр давхаргыг агуулдаг. PID хяналтын алгоритм нь процессын хэрэгцээг хангахын тулд моторын хурдыг тогтворжуулсны дараа 'Идэвхтэй эрчим хүчний хяналт' дэвшилтэт алгоритмыг авч болно.
Энэхүү хоёрдогч алгоритм нь хүчдэлийг ухаалгаар, аажмаар бууруулдаг. тогтмол хурдтайгаар моторт нийлүүлэх Энэ нь гулсах, гүйдэл гэх мэт моторын параметрүүдийг байнга хянаж, шаардлагатай эргэлтийг хангахад шаардагдах үнэмлэхүй хамгийн бага хүчдэлийг олдог. Хөдөлгүүрийн гол дахь соронзон урсгалыг бууруулснаар энэ арга нь моторын үндсэн алдагдлыг бууруулж, дээр нэмэлт 2-10% эрчим хүчний хэмнэлт гаргах боломжтой. PID Control болон VFD-ийн өгсөн хэмнэлтийн Энэ бол орчин үеийн PID хяналтын алгоритм нь бусад ухаалаг логиктой нийцэж байгаагийн тод жишээ юм.
PID хяналтын алгоритм нь тааруулахтай адил сайн байдаг. 'Тааруулах' нь P, I, D нөхцлийн оновчтой ашгийн утгыг тохируулах үйл явц юм. Зорилго нь хэлбэлзэлгүйгээр өөрчлөлтөд хурдан хариу өгөх явдал юм. Энэ нь PID хяналтын алгоритмыг хэрэгжүүлэх хамгийн чухал тал байж магадгүй юм.
Буруу олзын утгууд нь системийг огт хяналтгүй байхаас илүү муу гүйцэтгэлд хүргэдэг.
| Тохируулах нөхцөл байдал муу байгаагаас | үүдэн системийн үйл ажиллагаа |
|---|---|
| Пропорциональ (P) олз хэт өндөр | Систем түрэмгий болж, тогтоосон цэгийн эргэн тойронд зэрлэг эргэлдэж, хэзээ ч тогтохгүй. |
| Интеграл (I) Хэт өндөр олз | Систем нь тогтоосон цэгийг мэдэгдэхүйц давж, шийдвэрлэхэд маш удаан хугацаа шаардагдана. |
| Дериватив (D) Хэт өндөр өсөлт | Систем нь мэдрэгчийн дуу чимээнд хэт мэдрэмтгий болж, 'хужигнадаг' болж, тогтворгүй байдалд хүргэдэг. |
Орчин үеийн олон хянагч дээр автомат тааруулах функцууд байдаг ч гараар тааруулах үйл явцыг ойлгох нь үнэлж баршгүй ур чадвар юм. Ziegler-Nichols арга нь PID хяналтын алгоритмын сайн эхлэлийн утгыг олох сонгодог инженерийн арга юм.
Тэгээр эхэл: Интеграл (I) болон дериватив (D)-ийн өсөлтийн утгыг тэг болгож эхэлнэ. Энэ нь хянагчийг зөвхөн пропорциональ хянагч болгон хувиргадаг.
Пропорциональ (P) ашгийг нэмэгдүүлэх: Систем ажиллаж байх үед P-ийн өсөлтийг аажмаар нэмэгдүүлнэ. Үүнийг хийснээр систем хэлбэлзэж эхэлнэ. Систем тогтвортой, тогтвортой, тасралтгүй хурдтайгаар хэлбэлзэх цэгт хүрэх хүртэл P-ийг үргэлжлүүлэн нэмэгдүүлнэ. Энэ P утгыг 'Ultimate Gain' (Ku) гэж нэрлэдэг.
Хэлбэлзлийн үеийг хэмжинэ: Систем тогтвортой хэлбэлзэж байх үед нэг бүрэн хэлбэлзлийн долгион (нэг оргилоос нөгөө рүү) шаардагдах хугацааг хэмжинэ. Энэ бол 'Эцсийн үе' (Ту) юм.
Олзыг тооцоол: Одоо Зиглер-Николсын тогтоосон томьёог ашиглан өөрийн анхны ашгийн утгыг тооцоол. Стандарт PID хяналтын алгоритмын хувьд:
P Олз = 0.6 * Ku
I Gain = 2 * P Gain / Tu
D Олз = P Олз * Ту / 8
Нарийн тааруулах: Эдгээр тооцоолсон утгууд нь маш сайн эхлэлийн цэг юм. Эндээс P, I, D нөхцлүүдэд жижиг, өсөн нэмэгдэж буй тохируулга хийгээрэй (жишээлбэл, илүү хурдан хариу үйлдэл хийх ба хэт давсан хэмжээ багатай). Энэ үйл явц нь PID хяналтын алгоритмыг эзэмших түлхүүр юм.
Байршлын PID хяналтын алгоритм нь мөчлөг бүрт шаардагдах бүрэн, үнэмлэхүй гаралтын утгыг тооцоолдог (жишээ нь, 'халаагчийг 75% чадалтай болгох'). Өсөн нэмэгдэж буй PID хяналтын алгоритм нь өөрчлөлтийг л тооцдог (жишээ нь, 'халаагчийн хүчийг 2%-иар нэмэгдүүлэх'). өмнөх гаралтаас шаардлагатай Өсөлттэй арга нь зарим системд илүү аюулгүй байж болох бөгөөд энэ нь хянагчийг богино хугацаанд дахин тохируулснаар гаралт дахь том, огцом үсрэлтээс сэргийлдэг.
Хэмжилт ихтэй процессуудад 'дуу чимээ' буюу мэдрэгчийн санал хүсэлт хурдан бөгөөд тогтворгүй хэлбэлздэг - дериватив нэр томъёо нь энэ дуу чимээг алдааны хурдан өөрчлөлт гэж буруу тайлбарлаж, гаралтыг тогтворгүй болгоход хүргэдэг. Эдгээр нийтлэг 'шуугиантай' гогцоонд D-ийн өсөлтийг тэг болгож, зөвхөн PID хяналт (ялангуяа PI хяналт) ашиглан ажиллах нь стандарт практик юм.
Процессын хувьсагч буцахаасаа өмнө тогтоосон цэгийг давж гарахыг хэтрүүлэхийг хэлнэ. Энэ нь интеграл (I) ашиг хэт өндөр байгаа нь хянагчийг хэт их залруулах арга хэмжээ авахад хүргэж байгаагийн сонгодог шинж тэмдэг юм. Энэ нь хариу урвалыг багасгахын тулд дериватив (D) олз хангалтгүй байгаагаас үүдэлтэй байж болно. Үүнийг засахын тулд эхлээд салшгүй олзыг багасгахыг хичээх хэрэгтэй.
Тийм ээ, үнэхээр. PLC (Programmable Logic Controller) нь PID хяналтын алгоритмыг хэрэгжүүлэх хамгийн түгээмэл платформуудын нэг юм. Ихэнх орчин үеийн PLC нь тохиргоог хялбар болгодог тусгайлан суулгасан PID функцийн блокуудтай. PLC нь ихэвчлэн PID хяналтын тооцооллыг гүйцэтгэдэг бөгөөд дараа нь үүссэн аналог гаралтын дохиог VFD эсвэл хяналтын хавхлаг руу илгээдэг.
PID хяналтын алгоритм нь гоёмсог бөгөөд үр дүнтэй инженерчлэлийн гэрч юм. Энэ бол орчин үеийн үйлдвэрлэлийн автоматжуулалтын үндэс суурийг бүрдүүлдэг үндсэн, хүчирхэг, гайхалтай уян хатан хэрэгсэл юм. PID Хяналтын алгоритм нь өнөөдрийг хүртэлх пропорциональ хариу үйлдэл, өнгөрсөн үеийг салшгүй авч үзэх, ирээдүйн талаархи үүсмэл таамаглалыг чадварлаг тэнцвэржүүлснээр эмх замбараагүй, үрэлгэн, найдваргүй системүүдэд хосгүй тогтвортой байдал, үр ашиг, нарийвчлалыг авчирдаг.
Хамгийн энгийн температур хянагчаас эхлээд эрчим хүчний хэмнэлттэй нарийн төвөгтэй горимуудыг ашигладаг хамгийн дэвшилтэт VFD хүртэл PID хяналтын алгоритм нь нийтлэг ойлголт юм. Түүний зарчмууд болон тааруулах урлагийг эзэмших нь инженерчлэл, автоматжуулалт, процессын удирдлагын чиглэлээр мэргэшсэн аливаа мэргэжилтэнд тулгын чулууны ур чадвар хэвээр байх болно.
