В области промышленной автоматизации широко используются контуры ПИД-регулирования. Однако во время работы мы часто сталкиваемся с различными типами колебаний, такими как син-фазовые колебания, вне-не-фазовые колебания и не-плавные колебания. Эти проблемы не только приводят к нестабильности системы, но также могут поставить под угрозу безопасность и эффективность всего производственного процесса. В этой статье будут обсуждаться характеристики этих трех типов колебаний и соответствующие меры противодействия для справки.
I. Колебания в-фазе
При син-колебаниях переменная процесса и выходной сигнал контроллера имеют одинаковые точки подъема, спада и перегиба; две кривые похожи или симметричны. Этот тип колебаний часто вызван внешними помехами или чрезмерным пропорциональным усилением.
Решение:Попробуйте уменьшить пропорциональное усиление на одну-треть и посмотрите, не ухудшится ли колебание. Если колебания ухудшаются, это указывает на то, что проблема, скорее всего, связана не с неправильной настройкой параметров ПИД-регулятора, а с внешними помехами. В этом случае рекомендуется восстановить параметры и выявить источник помех для настройки. Если колебание находится в -фазе и вызвано чрезмерным пропорциональным усилением, уменьшение пропорционального усиления на одну-треть часто устраняет колебания.
II. Нарушение-фазы-колебаний
При колебаниях вне-не-фазы переменная процесса и выходной сигнал ПИД-регулятора имеют пару пиков и впадин, при этом две кривые растут и падают в противоположных фазах. Этот тип колебаний, несомненно, вызван чрезмерным интегралом.
Решение:Попробуйте установить время интегрирования на значение, соответствующее периоду колебаний. Для само-сбалансированных систем уменьшение пропорционального усиления на одну-треть устранит вне-не-фазовые колебания, хотя производительность замкнутого-контура может немного ухудшиться. Однако для интеграторных систем уменьшение пропорционального усиления может привести к более серьезным колебаниям-частоты,-не-фазовым.
III. Не-плавное колебание
При не-плавных колебаниях переменная процесса и выходной сигнал контроллера имеют прямоугольную и пилообразную форму соответственно. Этот тип колебаний часто вызван нелинейностью регулирующего клапана.
Решение:Устранение не-плавных колебаний обычно требует регулировки регулирующего клапана, включая смазку, ослабление уплотнения, выпрямление штока клапана, настройку ручных клапанов или байпаса, настройку параметров позиционера и замену клапана. В таких случаях настройка параметров ПИД часто бесполезна и может поставить под сомнение достоверность метода настройки.
IV. Выводы и рекомендации
При решении проблем колебаний в контурах автоматического ПИД-регулирования нам следует сначала рассмотреть возможность уменьшения пропорционального коэффициента усиления, поскольку это предпочтительный метод разрешения как син-фазовых, так и вне-не-фазовых колебаний. Для самобалансирующихся систем ПИ-регулирование является простым, эффективным, надежным и широко применимым; это отличный выбор, когда максимальная производительность не является приоритетом. Для самобалансирующихся систем-, где пиковая производительность не является приоритетом, ПИ-регулирование является простым, эффективным, надежным и широко применимым. Именно поэтому ПИ-регулирование так широко используется в промышленности. Конечная производительность ПИ-регулятора зависит от доступной информации о модели управляемого объекта. Чтобы еще больше превзойти максимальную производительность-замкнутого контура, инженеры часто улучшают архитектуру системы,-например, реализуя каскадную прямую связь или даже модернизируя оборудование. В академических кругах исследователи часто совершенствуют алгоритмы ПИД, компенсируя аппаратные ограничения более совершенными алгоритмами. Такие требования редко встречаются в реальном производстве; чаще всего основное внимание уделяется устранению колебаний, вызванных необоснованными параметрами и недостаточным подавлением возмущений. Широкое использование одноконтурного управления в полевых условиях также указывает на то, что в автоматизации еще есть значительные возможности для улучшения! Независимо от того, касается ли это производительности одного-контура, использования положения клапана и гибкости заданных значений или оптимизации координации и ограничений нескольких-переменных, настройка ПИД-регулятора — это только часть работы. Для дальнейшего повышения безопасности и эффективности управление процессами должно уделять больше внимания этим областям.
При управлении процессами трудно получить точные модели, а чистое запаздывание является обычным явлением. Возможно, именно поэтому, несмотря на постоянное появление новых алгоритмов, ПИД-регулятор остается-популярным в управлении технологическими процессами. ПИД-регулятор в сочетании с обратной связью является исключительно мощным инструментом! Как только это осознается, конкретный метод настройки становится менее важным; понимание границ, которые влияют на производительность-замкнутого контура и возможности ПИД, гораздо важнее.