در زمینه کنترل اتوماسیون صنعتی، حلقه های کنترل PID به طور گسترده ای استفاده می شود. با این حال، در حین کار، اغلب با انواع مختلفی از نوسانات مواجه میشویم، مانند نوسان در-نوسان فاز، نوسان خارج-از-فاز، و نوسان غیر{4}}هموار. این مسائل نه تنها منجر به بی ثباتی سیستم می شود، بلکه می تواند ایمنی و کارایی کل فرآیند تولید را نیز به خطر بیندازد. این مقاله ویژگی های این سه نوع نوسان و اقدامات متقابل مربوطه را برای مرجع مورد بحث قرار خواهد داد.
I. در -نوسان فاز
در -نوسان فاز، متغیر فرآیند و خروجی کنترلکننده نقاط خیز، سقوط و عطف یکسانی را نشان میدهند. دو منحنی مشابه یا متقارن هستند. این نوع نوسان اغلب به دلیل اختلالات خارجی یا افزایش بیش از حد متناسب ایجاد می شود.
راه حل:سعی کنید بهره متناسب را یک سوم کاهش دهید و ببینید که آیا نوسان بدتر می شود یا خیر. اگر نوسان بدتر شود، این نشان می دهد که مشکل احتمالاً به دلیل تنظیمات نامناسب پارامتر PID نیست، بلکه بیشتر به دلیل اختلالات خارجی است. در این مورد، توصیه می شود پارامترها را بازیابی کنید و منبع اختلال را برای تنظیم شناسایی کنید. اگر نوسان در-فاز باشد و ناشی از بهره متناسب بیش از حد باشد، کاهش بهره متناسب به اندازه یک-اغلب نوسان را از بین میبرد.
II. خارج از-نوسان فاز
در نوسان خارج از فاز، متغیر فرآیند و خروجی کنترلکننده PID یک جفت قله و فرورفتگی را نشان میدهند که دو منحنی در فازهای مخالف بالا و پایین میروند. این نوع نوسان بدون شک ناشی از انتگرال بیش از حد است
راه حل:سعی کنید زمان انتگرال را روی مقداری تنظیم کنید که با دوره نوسان مطابقت داشته باشد. برای سیستمهای خود-متعادل، کاهش بهره متناسب با یک-سوم، نوسانات فاز را حذف میکند، اگرچه ممکن است عملکرد حلقه بسته- کمی کاهش یابد. با این حال، برای سیستمهای یکپارچهساز، کاهش بهره متناسب ممکن است منجر به نوسانات فاز شدیدتر و فرکانس پایینتر شود.
III. نوسان غیر هموار
در نوسانات غیر هموار، متغیر فرآیند و خروجی کنترلر به ترتیب یک موج مربعی و یک موج دندانه اره را نشان می دهند. این نوع نوسان اغلب به دلیل غیر خطی بودن شیر کنترل ایجاد می شود.
راه حل:حل نوسانات غیر صاف معمولاً به تنظیم شیر کنترل نیاز دارد، از جمله روغن کاری، شل کردن بسته بندی، صاف کردن ساقه سوپاپ، تنظیم سوپاپ های دستی یا بای پس، تنظیم پارامترهای موقعیت ساز، و تعویض شیر. در چنین مواردی، تنظیم پارامترهای PID اغلب بیهوده است و ممکن است اعتبار روش تنظیم را مورد تردید قرار دهد.
IV. نتیجه گیری و پیشنهادات
هنگام پرداختن به مسائل نوسانی در حلقههای کنترل خودکار PID، ابتدا باید کاهش بهره متناسب را در نظر بگیریم، زیرا این روش ترجیحی برای حل نوسانات در فاز و خارج{1} فاز است. برای سیستمهای خود{4}توازن، کنترل PI ساده، مؤثر، قوی و بهطور گسترده قابل اجرا است. زمانی که اوج عملکرد در اولویت نباشد، یک انتخاب عالی است. برای سیستمهای خود{6}متعادل که عملکرد اوج در اولویت نیست، کنترل PI ساده، مؤثر، قوی و بهطور گسترده قابل اجرا است. همچنین به همین دلیل است که کنترل PI به طور گسترده در صنعت استفاده می شود. عملکرد نهایی یک کنترل کننده PI به اطلاعات مدل موجود از شی کنترل شده بستگی دارد. برای فراتر رفتن از عملکرد حلقه بسته نهایی، مهندسان معمولاً معماری سیستم را بهبود میبخشند{11}}بهعنوان مثال، با اجرای پیشخور آبشاری یا حتی ارتقاء تجهیزات. از نظر آکادمیک، محققان اغلب الگوریتمهای PID را اصلاح میکنند و محدودیتهای سختافزاری را با الگوریتمهای بهتر جبران میکنند. چنین الزاماتی به ندرت در تولید واقعی مواجه می شوند. بیشتر اوقات، تمرکز بر پرداختن به نوسانات ناشی از پارامترهای غیر منطقی و رد اختلال ناکافی است. استفاده گسترده از کنترل یک حلقه{15}در میدان نیز نشان میدهد که هنوز فضای قابل توجهی برای بهبود در اتوماسیون وجود دارد! تنظیم PID چه مربوط به عملکرد یک حلقه{16}}، چه استفاده از موقعیت سوپاپ و انعطاف پذیری نقطه تنظیم، یا بهینه سازی هماهنگی و محدودیت های چند متغیره باشد، تنظیم PID تنها بخشی از کار است. برای افزایش بیشتر ایمنی و کارایی، کنترل فرآیند باید بیشتر بر این حوزه ها تمرکز کند.
در کنترل فرآیند، به دست آوردن مدل های دقیق دشوار است و تاخیر خالص یک پدیده رایج است. شاید به همین دلیل است که علیرغم ظهور مداوم الگوریتمهای جدید، PID همیشه-در کنترل فرآیند محبوب باقی میماند. PID، هنگامی که با بازخورد ترکیب می شود، فوق العاده قدرتمند است! پس از تشخیص این موضوع، روش تنظیم خاص اهمیت کمتری پیدا می کند. درک مرزهایی که بر عملکرد حلقه بسته-و قابلیتهای PID تأثیر میگذارند بسیار مهمتر است.