Een differentiële proportioneel-integraalregelaar is een toestel dat in geautomatiseerde systemen wordt geïnstalleerd om een bepaalde parameter veranderlijk te houden.
Het is op het eerste gezicht verwarrend, maar het is mogelijk om PID-regeling ook voor dummies uit te leggen, d.w.z. mensen die niet helemaal vertrouwd zijn met elektronische systemen en apparaten.
Inhoud
Wat is een PID regelaar?
Een PID-regelaar is een apparaat dat in de regelkring is opgenomen met verplichte terugkoppeling. Het is ontworpen om set-point niveaus te handhaven, b.v. luchttemperatuur.
Het apparaat levert een besturingssignaal of uitgangssignaal aan de controller, gebaseerd op de gegevens die van sensoren of zenders zijn ontvangen. De regelaars hebben een hoge transiënte nauwkeurigheid en kwaliteit van de prestaties.
Drie coëfficiënten van de PID regelaar en werkingsprincipe
De functie van de PID-regelaar is een uitgangssignaal te geven van het vermogen dat nodig is om de gecontroleerde parameter op een vooraf bepaald niveau te houden. Om de waarde te berekenen, wordt een complexe wiskundige formule gebruikt, die 3 coëfficiënten omvat - proportioneel, integraal, differentieel.
Laten we als regelobject een tank met water nemen, waarin de temperatuur op een bepaald niveau moet worden gehouden door de mate van opening van een stoomklep te regelen.
De proportionele component verschijnt op het moment van mismatch met de invoergegevens. Eenvoudig gezegd klinkt het als volgt - het verschil tussen de werkelijke temperatuur en de gewenste temperatuur wordt genomen, vermenigvuldigd met een instelbare coëfficiënt en het uitgangssignaal dat op het ventiel moet worden toegepast, wordt verkregen. Met andere woorden, zodra de temperatuur is gedaald, wordt het verwarmingsproces gestart; zodra de temperatuur boven de gewenste temperatuur is gestegen, wordt het uitgeschakeld of zelfs afgekoeld.
Vervolgens komt de integrale component, die ontworpen is om de effecten van de omgeving of andere storende invloeden op het op peil houden van onze temperatuur te compenseren. Aangezien er altijd bijkomende factoren zijn die van invloed zijn op de gecontroleerde apparaten, is de figuur al aan het veranderen wanneer de gegevens voor de berekening van de proportionele component binnenkomen. En hoe groter de invloeden van buitenaf, hoe groter de schommelingen in het cijfer. Er treden sprongen op in de vermogensafgifte.
De integrale component probeert de temperatuurwaarde terug te geven op basis van de waarden uit het verleden, als de temperatuur is veranderd. Het proces wordt meer in detail beschreven in de video hieronder.
Vervolgens wordt het uitgangssignaal van de regelaar gevoed volgens de coëfficiënt om de temperatuur te verhogen of te verlagen. Na verloop van tijd wordt een waarde gekozen die de externe factoren compenseert, en verdwijnen de pieken.
De integraal wordt gebruikt om fouten te elimineren door de statische fout te berekenen. Het belangrijkste in dit proces is dat de juiste coëfficiënt wordt gekozen, anders zal de fout (mismatch) ook de integrale component beïnvloeden.
De derde PID-component is de differentiële component. Het is bedoeld ter compensatie van de effecten van vertragingen die optreden tussen de impact op het systeem en de terugkoppeling. De proportionele regelaar levert stroom totdat de temperatuur de juiste waarde heeft bereikt, maar er zijn altijd fouten bij het doorgeven van informatie aan het apparaat, vooral bij hoge waarden. Dit kan leiden tot oververhitting. Het differentieel anticipeert op afwijkingen ten gevolge van vertragingen of milieu-invloeden en vermindert de stroomtoevoer op voorhand.
Een PID-regelaar instellen
De PID-regelaar wordt op 2 manieren afgesteld:
- Synthese houdt in dat parameters worden berekend op basis van het systeemmodel. Een dergelijke afstemming is nauwkeurig, maar vereist een grondige kennis van de theorie van automatische besturing. Het kan alleen gedaan worden door ingenieurs en wetenschappers. Aangezien het nodig is stromingskarakteristieken te nemen en veel berekeningen te maken.
- De manuele methode is gebaseerd op vallen en opstaan. Dit wordt gedaan door gegevens van een reeds bestaand systeem te nemen en enkele aanpassingen aan te brengen in een of meer regelaarcoëfficiënten. Na inschakeling en observatie van het eindresultaat worden de parameters in de gewenste richting gewijzigd. En zo verder, tot het gewenste prestatieniveau is bereikt.
Theoretische analyse- en afstemmingsmethoden worden in de praktijk zelden gebruikt wegens gebrek aan kennis van de kenmerken van het regelobject en een verscheidenheid van mogelijke storende invloeden. Experimentele methoden op basis van observatie van het systeem zijn gebruikelijker.
Moderne geautomatiseerde processen worden geïmplementeerd als gespecialiseerde modules onder controle van software voor het aanpassen van regelaarcoëfficiënten.
Doel van PID-regelaar
De PID-regelaar is ontworpen om een bepaalde waarde - temperatuur, druk, tankniveau, debiet in een pijpleiding, concentratie van iets, enz. - op een vereist niveau te houden door de regelactie op actuatoren, zoals automatische regelkleppen, te veranderen met behulp van proportionele, integrerende, differentiërende waarden voor de instelling ervan.
Het doel van de toepassing is een nauwkeurig besturingssignaal te verkrijgen, dat in staat is grote installaties en zelfs reactoren van krachtcentrales te besturen.
Voorbeeld van een circuit voor temperatuurregeling
PID-regelaars worden vaak gebruikt bij temperatuurregeling, laten we het eenvoudige voorbeeld nemen van het verwarmen van water in een tank als voorbeeld van dit automatische proces.
De tank is gevuld met vloeistof die moet worden verwarmd tot de gewenste temperatuur en op het gewenste niveau moet worden gehouden. Er zit een temperatuursensor in de tank - een thermokoppel thermokoppel of weerstandsthermometer en is rechtstreeks verbonden met de PID-regelaar.
Wij zullen stoom leveren om de vloeistof te verwarmen, zoals op de onderstaande afbeelding, met de automatische regelklep. De klep zelf ontvangt een signaal van de controller. De operator voert in de PID regelaar de temperatuur setpoint waarde in die in de tank moet worden aangehouden.
Als de coëfficiënten van de regelaar onjuist zijn, zal de watertemperatuur verspringen en zal de klep volledig open en volledig gesloten zijn. In dat geval moeten de PID-coëfficiënten worden berekend en opnieuw worden ingevoerd. Als dit correct gebeurt, zal het systeem zich na korte tijd egaliseren en zal de temperatuur in de tank op de ingestelde temperatuur worden gehouden, met de openingsgraad van de regelklep in de middelste stand.
Verwante artikelen:
