PID의 세 가지 측면

공정 제어 산업은 비례 적분 미분(PID) 컨트롤러가 지배적입니다.> 그러나 이러한 놀라운 구성 요소에도 고유한 한계가 있습니다. PID의 동작 루프는 이해하기 어렵고 오류가 발생할 때마다 악화되며 문제 해결이 필요합니다. 그럼에도 불구하고 기술자와 엔지니어는 컨트롤러의 세 가지 구성 요소, 즉 비례, 적분 및 미분 동작 간의 일관성을 달성하기 위해 노력합니다.

컨트롤러가 처음 도입되었을 때 컨트롤러는 비례식이어서 이해하기 쉬웠지만 곧 오류를 처리할 수 없었습니다. 이러한 컨트롤러는 프로세스 변수와 설정값 사이에서 오류를 제거해야 할 때마다 너무 빨리 종료되는 경향이 있습니다. 이로 인해 이전의 "비례 컨트롤러" 내에서 통합 작업이 추가되었습니다.

통합 작업

작업자는 곧 제어 노력에 대한 수동 추가를 통해 비례 동작의 약화로 인해 발생하는 처짐을 보완할 수 있다는 것을 알게 되었으며, 이는 프로세스 변수와 설정점 사이의 아주 작은 간격을 극복하기에 충분했습니다. 이를 루프 "재설정"이라고 합니다.

처음에는 작업자가 이 "재설정"을 수행해야 했지만 곧 자동 재설정이 도입되어 수동 개입으로 인한 지연을 제거했습니다. 오늘날 이 자동 리셋을 적분 동작이라고 하며 필요한 응답의 크기를 결정하는 이득을 때때로 "리셋 속도"라고 합니다. 프로세스 변수와 설정값이 다른 한 높은 재설정 비율은 컨트롤러가 공격적인 제어 노력을 생성하도록 압박하는 경향이 있습니다. . 그러나 문제가 있습니다. 오류가 최소화되면 감쇠하는 경향이 있는 비례 동작과 달리 적분 동작은 오류가 남아 있는 동안 계속 증가합니다.

이것은 호의적으로 보일지 모르지만 사실 자체적인 문제가 있습니다. 예를 들어, 제어되는 프로세스가 느린 경우 컨트롤러는 오류를 제거하기 위해 적극적인 통합 조치를 취하는 동안 오류가 사라지는 데 시간이 걸립니다. 운영자가 재설정 비율을 너무 높게 설정하면 컨트롤러가 오류를 과도하게 보정하여 음의 방향으로 더 큰 오류가 발생하여 오류가 완전히 제거될 때까지 앞뒤로 헌팅 사이클이 발생합니다.

와인드업 재설정

통합 동작은 프로세스가 너무 작아서 큰 제어 노력을 일으키지 못하는 액츄에이터가 있는 애플리케이션에 가장 적합합니다. 예를 들어, 밸브가 너무 작아서 충분히 높은 유량을 생성할 수 없는 경우, 버너가 충분한 열을 공급하기에 충분히 크지 않은 경우 등. 이러한 상황이 발생할 때마다 액추에이터는 일부 제한 밸브에서 포화된다고 합니다.

이러한 포화는 궁극적으로 설정값과 프로세스 변수 사이에 양의 오류를 발생시킵니다. 적분 동작은 계속해서 더 공격적이지만 액츄에이터는 병목 현상을 일으켜 오류 수정을 방지합니다. 액츄에이터가 100%에서 멈추는 동안 총 통합 오류는 엄청난 가치를 달성할 것입니다. 이렇게 하면 컨트롤러가 응답하지 않는 상태가 되고 작업자가 설정값 수준을 달성 가능한 범위로 줄여 오류를 수정하지 못하게 됩니다.

리셋 와인드업으로부터 컨트롤러를 보호하기 위해 여러 솔루션이 설계 및 구현되었으며, 대부분은 통합기가 종료되는 것과 관련되어 있습니다.

파생 조치

PID 컨트롤러의 미분 동작은 혼합 축복으로 작용하여 오류의 변화율에 비례하여 제어 노력을 줄여서 프로세스 변수가 설정값으로 내려가는 속도를 늦출 수 있습니다. 이렇게 하면 오버슈팅 및 헌팅 가능성이 줄어듭니다. . 하지만 파생 액션이 너무 공격적으로 오면 그 자체로 헌팅을 유발할 수 있다. 이 효과는 일반적으로 컨트롤러의 노력에 빠르게 응답하는 프로세스에서 관찰됩니다. 모터 및 로봇.

파생 작업은 오류가 갑자기 변경될 때마다 제어 노력에 갑작스러운 스파이크를 추가할 수도 있습니다. 이는 PID의 비례 또는 적분 부분이 작동하기 전에도 컨트롤러가 작동하도록 합니다. 2-term PI 컨트롤러와 비교하여 전체 3-term PID 컨트롤러는 프로세스 변수를 일정하게 유지하는 데 필요한 노력 수준을 예상할 수 있습니다.

이러한 예측 제어는 일부 응용 프로그램에서는 유용하지만 다른 응용 프로그램에서는 유리하지 않습니다. 예를 들어, 뜨거운 공기의 폭발은 방의 거주자 또는 산업 규모의 경우 용광로 벽에 편안하지 않습니다.

수정

최신 PID 컨트롤러는 이러한 모든 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다. 오늘날 PID 컨트롤러의 몇 가지 일반적인 기능은 다음과 같습니다.

• 와인드업 보호 재설정
• 파생 액션 계산기
• 노이즈 필터링

PID 컨트롤러의 정확도를 크게 개선한 특정 기술 루프 튜닝입니다. 이것은 그 자체로 비례, 적분 및 미분 이득에 대한 적절한 값을 선택하여 프로세스 변수 변경에 대한 신속한 응답을 달성하는 기술입니다. 이 기술은 시스템 내에서 최대 안정성을 보장하기 위해 수많은 소프트웨어 패키지에 의해 지원될 뿐만 아니라 수많은 방법론으로 보완되었습니다.

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