PID Denetleyicisi Nasıl Çalışır? Orantılı, İntegral ve Türev Açıklamaları

Soğuk oda, ayar noktasının 2 K üstüne, ardından 3 K altına düşerse ve bu döngüyü birkaç dakikada bir tekrarlarsa, sensörden, vanadan veya kapı trafiğinden önce kontrolör suçlanır. Çoğu zaman donanım iyidir ve döngü ayarları değildir.

Bir PID denetleyicinin nasıl çalıştığına dair kısa yanıt: bir süreç değişkenini ölçer, onu bir ayar noktasıyla karşılaştırır ve üç terimden oluşan bir düzeltmeyle aktüatörü çalıştırır. Orantılı terim şu anda var olan hatayı yanıtlıyor. İntegral terimi zaman içinde biriken hatayı yanıtlar. Türev terimi hatanın ne kadar hızlı değiştiğini yanıtlar. Hepsi bir araya geldiğinde bir vanayı açan, fan hızını değiştiren veya kompresör kapasitesini azaltan bir çıktı üretirler.

Temel Fikir: Ölç, Karşılaştır, Düzelt

Her PID döngüsü dört bölümden oluşur: süreç değişkenini bildiren bir sensör, ayar noktasını tutan ve hesaplamayı yapan bir kontrolör, süreci değiştirebilen bir aktüatör ve sürecin kendisi. Sensör denetleyiciyi besler, denetleyici aktüatörü hareket ettirir ve aktüatör, sensörün okuduğunu değiştirir. Bu daire kapalı döngüdür.

Kontrolör bir hesaplamayı sabit bir aralıkta, yani örnekleme zamanında tekrarlar. Ölçülen değeri ayar noktasından çıkarır ve farkı hata olarak adlandırır. Bir soğutma uygulamasında, ayar noktasının üzerinde ölçülen bir değer, pozitif hataya ve daha fazla soğutmaya neden olur. Döngüyü yanlış şekilde yapılandırırsanız doğrudan etkili olması gerekirken ters etkili hale gelir; yerleşmek yerine kaçacak ve hiçbir ayar onu düzeltmeyecektir.

Çıkış, aktüatörün beklediği her şeyle eşleşir: modülasyonlu bir valf için 0 ila 10 V, konumlayıcı için 4 ila 20 mA, bir kompresör için bir röle kontağı veya bir ısıtıcı için darbe genişliği modülasyonu. Bir röle çıkışı, PID hesaplamasını bir eşik kararına dönüştürür, dolayısıyla döngü çözünürlüğü, kontağın ne sıklıkta geçiş yapmasına izin verildiğine bağlıdır.

Üç Terimin Gerçekte Ne Yaptığı

Her terimin bir işi vardır ve her birinin kazancı sıfıra ayarlanarak kapatılabilir. Birçok çalışma döngüsü PI kontrolörleri olarak çalışır çünkü türev eylem yavaş sıcaklık sürecine çok az katkıda bulunur.

Orantılı Terim

Orantılı terim mevcut hatayı kazançla çarpar. 2 kazanç ve 3 K hata ile çıkış 6 birim hareket eder. Daha fazla kazanç, daha hızlı düzeltme anlamına gelir, ancak bir noktadan sonra döngü salınır çünkü kontrolör, sürecin yanıtlamayı bitirmediği bir ölçüme tepki verir. Yalnızca orantılı bir kontrol cihazı nadiren tam olarak ayar noktasına ulaşır. Kalan hatanın sürecin ihtiyaç duyduğu çıktıyı tutacak kadar büyük olduğu ve kalanın kararlı durum dengelemesi olduğu yere yerleşir.

İntegral Terim

İntegral terimi zaman içinde hatayı biriktirir ve hata devam ederken düzeltme eklemeye devam eder; genellikle dakika başına tekrar veya tekrar başına saniye cinsinden ifade edilir. Dengelemeyi ortadan kaldırır, bu nedenle bir PI döngüsü soğutulmuş su sıcaklığını tam istediğiniz yerde tutabilir. Bunun bedeli gecikmedir: İntegral eylem geçmişe dayanır, dolayısıyla hata ortadan kalktıktan sonra da ilerlemeye devam eder ve ortaya çıkması orantılı salınımdan çok daha uzun süren yavaş bir salınım üretir. Aynı zamanda sona eriyor. Valf zaten tamamen açıksa, terim sağlayamadığı düzeltmeleri biriktirmeye devam eder ve hata sonunda tersine döndüğünde döngü kötü bir şekilde aşar.

Türev Terimi

Türev terimi hatanın değişim hızına tepki verir ve harekete karşı çıkar, bu da döngüyü sönümler ve daha yüksek oransal kazanç sağlar. Aynı zamanda sensör gürültüsünü de artırır çünkü kısa bir örnekleme süresi boyunca küçük gürültülü bir okuma çok büyük bir değişim hızı gibi görünür. Uygulamada türev eylemi filtrelenir, hata yerine ölçüme göre hesaplanır veya basitçe sıfırda bırakılır.

Bir Soğutma Örneği: Aşırı Isı Kontrolü

Soğutucudaki elektronik genleşme valfini alın. Kontrol edilen değişken, evaporatör çıkışındaki aşırı ısınmadır, ayar noktası 5 K olabilir ve aktüatör, valf motoru veya oransal bir solenoiddir. Kızgınlık ayar noktasının üzerine çıktığında vana daha fazla soğutucu akışkanın kabul edilmesi için açılır. Orantılı terim onu ​​hatayla orantılı olarak açar, integral terimi aşırı ısınma oluşana kadar onu açık tutmaya devam eder ve kullanıldığı yerde türev terimi aşırı ısınma düşmeye başladığında açıklığı yavaşlatır, böylece valf sıvı geri akışına doğru aşırıya kaçmaz.

Aynı yapı bir soğutma tesisinde de görülür. Yoğuşma basıncı genellikle kondenser fan hızının modüle edilmesiyle tutulur, bu da onu bir basınç döngüsü haline getirir. Kompresör kapasitesi, emme basıncı hatasını invertör komutuna dönüştüren bir döngü ile azaltılabilir. Oda ve ürün sıcaklığı döngüleri uzun ölü zamana sahiptir ve genellikle türevsel eylem olmadan çalışır.

Mekanik İşaretçi Ekranlı Soğutma Basınç Kontrol Cihazı Otomatik sıfırlamayla yüksek ve düşük basınç izleme olanağı sağlayarak soğutma sistemlerindeki kompresörlerin, fanların ve tahliye vanalarının korunmasına yardımcı olur. Ürünü Görüntüle →

Tahmin Etmeden Ayarlama

Terimler birbiriyle etkileşim halinde olduğundan ayarlama sabit bir sıra izler:

1. Döngüyü manuele alın ve aktüatörün yapışmadan tüm aralığı boyunca hareket ettiğini doğrulayın.
2. İntegrali ve türevi sıfıra ayarlayın, ardından ölçüm küçük, sürekli bir salınım gösterene kadar orantısal kazancı artırın.
3. Oransal kazancı bu değerin yaklaşık yarısına kadar azaltın.
4. Kabul edilebilir bir süre içinde ofset kayboluncaya kadar integral eylemini yavaşça ekleyin.
5. Türevi yalnızca aşma devam ederse ve sinyal temizse ekleyin.

Ölü zaman, bir döngünün ne kadar zorlanabileceğine karar verir. Prosesin bir valf hareketine tepki vermesi 60 saniyeye ihtiyaç duyuyorsa ve zaman sabiti 300 saniye ise, yani 0,2 oranında, Ziegler-Nichols veya lambda ayarı gibi klasik kurallar uygulanabilir kazançlar üretir. Ölü zaman, zaman sabitiyle karşılaştırılabilirse (örneğin, valfin aşağı akışına monte edilmiş bir sensör), hiçbir şey döngüyü hızlı hale getiremez ve asıl düzeltme, sensörü hareket ettirmek veya ileri besleme eklemektir.

Tesis Zeminindeki Pratik Sorunlar

Devreye alma sorunlarının çoğu birkaç kategoriye ayrılır:

• İntegral sarma. Hata devam ederken çıkış bir limite kadar doyurulur ve hata tersine döndüğünde döngü aşar. Kapanmayı önleme mantığı ve çıkış sıkıştırma bu sorunu çözer.
• Sensör gürültüsü. Zaman sabiti örnekleme zamanına yakın olan bir filtre, döngünün ölü zamanını neredeyse iki katına çıkarabilir. Çıkışı değil girişi filtreleyin.
• Aktüatör ölü bandı. Hareket etmeden önce yüzde 3'lük bir çıkış değişimine ihtiyaç duyan bir valf, döngünün ne kadar sıkı tutabileceği konusunda katı bir sınır belirler.
• Örnekleme zamanı. Dakikada bir kez taranan bir döngü, 30 saniyelik zaman sabitine sahip bir işlemi kontrol edemez.
• Doğrusal olmama. Hareketin ortasına yakın yumuşak ve yatağın yakınında ani olan bir valf, kazanç planlamasına veya karakterize edilmiş bir çıktıya ihtiyaç duyabilir.

PID'nin Soğutma ve Klima Donanımıyla Buluştuğu Yer

PID çıkışı yalnızca aktüatörün bunu kullanabilmesi durumunda önemlidir. Oransal solenoid valfler, elektronik genleşme valfleri, kondenser fanlarındaki değişken frekanslı sürücüler ve akış kontrollü üç yollu valflerin tümü sürekli bir sinyali kabul eder ve modülasyon yapar. Standart solenoid valfler, ampul tipi termal genleşme valfleri ve mekanik basınç anahtarları gibi açma ve kapama cihazları eşik cihazlarıdır, dolayısıyla bunları çalıştıran bir PID kontrol cihazı gerçekten bir görev döngüsü oluşturur.

Bu fark, bileşenlerin nasıl değerlendirildiğini değiştirir. Yıllarca modülasyon sinyalini takip eden bir valf, saatte birkaç kez anahtarlanan valftan farklı şekilde aşınır; bu nedenle modülasyonlu bir solenoid valfin uzun süreli çalışması bir döngü devreye alınmadan önce dikkati hak eder.

Dingsen gibi tedarikçiler, 2008'den bu yana soğutma ve otomotiv klima parçaları üretiyoruz , bu sinyallerin alıcı tarafında bulunan basınç kontrol cihazlarını, vanaları ve bakır bağlantı parçalarını oluşturun.

Soğutma ve İklimlendirme için EVR Solenoid Valfı Soğutma sistemleri için doğrudan etkili ve pilotla çalıştırılan seçeneklerle sıvı, emme ve sıcak gaz hatlarındaki soğutucu akışını kontrol eder. Ürünü Görüntüle →

Ayarlanabilir Aşırı Isı Kontrollü Termal Genleşme Vanası H tipi gövdeye ve soğutma sistemleri için 0–8°C statik aşırı ısınma ayarına sahip olup, aşırı ısınmayı korumak için soğutucu akışını düzenler. Ürünü Görüntüle →

Bir Denetleyicinin Belirlenmesi: Nelerin Kontrol Edileceği

• Gerçek sensörle eşleşen giriş türü ve aralığı: NTC, PT100, 4 ila 20 mA veya 0 ila 10 V.
• Çıkış türü ve çözünürlüğü: röle, katı hal röle sürücüsü, akım, voltaj veya PWM.
• Örnekleme hızı, işlem için yeterince hızlıdır ancak gürültünün hesaplamaya hakim olacağı kadar hızlı değildir.
• Manuel ve otomatik modlar arasında otomatik ayarlama, kapanma önleme ve kesintisiz aktarım.
• İntegral terimi için yüksek ve düşük kelepçeler de dahil olmak üzere çıkış limitleri ve alarmlar.
• Ortam: panel veya DIN rayına montaj, IP derecesi, ortam sıcaklığı, titreşim ve besleme voltajı toleransı.

Bir PID denetleyicisi, bir saatte toplanan ve tekrarlanan üç düzeltmeden oluşur: biri mevcut hataya karşı, biri birikmiş hataya karşı ve diğeri değişim hızına karşı. Sürecin fiziği performansın tavanını belirler ve ayarlar döngünün buna ne kadar yaklaşacağına karar verir. Aktüatörün yönünü doğru belirleyin, ölü zamanı dürüstçe ölçün ve kazançları makul düzeyde tutun. Bu kombinasyon herhangi bir agresif ayarlama oturumundan daha fazla döngüyü çözer.