Pid Control Hassasiyetini Geliştirmede Ölü Bantlı Eşleştirmenin Rolü

Deadband Compensation in Improving PID Control Truth

Proportional-Integral-Derivative (PID) kontrolörleri, ölçülen bir işlem değişkeni ve istenen bir ayar noktası arasındaki farkları sürekli olarak hesaplayan, o zaman sıcaklık, basınç, akış oranı ve sayısız işlem boyunca pozisyon ayarlaması gibi değişkenleri düzenlemektedir. PID algoritması sağlam, gerçek dünya sistemleri henüz tamamlanmamış kökleri, kalıcı olmayan davranışların en zor ve zorlu bir şekilde hesaplanması ile ilgilidir.

Ölü bant var olduğunda, kontrol bir düzeltme yapabilir, ancak işlem değişkeni PID kontrollü sistemlerdeki ölü bandın eşiğinin üstesinden gelmek için değişmez.Bu sonuçlar sabit devlet dengesi, limit döngüleri veya sluggish yanıtı.Sonunda, okuyucular ve en iyi kontrol elde etmek için kapsamlı bir görüşe sahip olacaklar.Bu makale PID kontrollü sistemlerde ölü bir mediocre PID kontrollü sistemlerde ölü bandın doğasını araştırıyor.

PID Control'teki Deadband'ı Anlamak

Deadband, bir kontrolörün içinde çeşitli değerlere işaret eder, eylemci veya sensör kök hareket etmeden önce bir değişiklik üretemez.Bir PID döngüsünde, ölü bandı geri dönüş sırasında bazı noktalarda görünebilir ve eylemsel yol.En yaygın tezahür, bir sensörin yanıtladığı bir limit veya bir boşluk varsa, bir çözünürlükte bir alana sahip olabilir.

Deadband türleri

Ölübandın Sebepleri

Deadband genellikle mekanik kısıtlamalardan doğar: sürtünme, arkak, takmak ve bağlantılarda izin vermek. Bir kontrol valfinde, kök paketleme sürtünmesi, rölelerden önce aşılması gereken bir ölü bandı yaratır.Bu sürtünme, özellikle de darbe veya darbeli modlama kontrolü ile ölü bandı genişletebilir.

Bir PID kontrollü sistem üzerindeki ölü bandın etkisi derindir.Bu sonuçlar kalıcı bir hataya veya integral terim rüzgarlara yol açan bir triac tarafından ortaya çıkarıldığında, güç talebinin belirli bir seviyeden geçtiğinde, PID çıkışının küçük olmasına rağmen, ısıtıcının sürekli olarak ısıtılmasına neden olabilir.Bu sonuçlar bir adım atılırsa veya integral dönem rüzgarları aşılırsa, ölü bandın sonunda geçtiğinde büyük bir aşırılık.

Sayılama Deadband

Deadband genellikle tam ölçekli giriş veya çıkış yüzdesi olarak ifade edilir. Örneğin, bir valf eylemi kontrol sinyali aralığının% 2'si olabilir. PID ayarında, ölü bant genişliği doğrudan uygulanabilir bir kontrol doğruluğunu etkiler. Kontrol, işlem değişkenini ölü bant bölgesinde tutabilir, bu yüzden en iyi yasal düzenlemeler ölü bant büyüklüğü ile sınırlıdır.

Ölüband için yararlı bir model, tarafından açıklanan matematiksel bir ölü bölgedir:

[0] [DÜDÜ:0] [FONT:0][DÜDÜT:0]

[FONT:0][Dönetici], ölü bant elementine giriş, [[Dönetici[Döntgenlik) ve ) çıktı ve [Dönemli[DÜye Olmayanlar, ölüler için geçerli değildir.

Ölübandın Önemi

tazminat olmadan, ölü bant bu bölgede PID performansı çok yönlüdür. Birincisi, bisikletin sıfıra etkili bir şekilde düştüğü ölü bir bölge tanıtılır, böylece kontrol sonsuza kadar küçük düzeltmeler yapamaz.Bu bölge boyunca integral terim, ölüler enerji ve sonraki aşırı yüklemeye yol açar.İkincisi, ölü bölge boyunca sık sık sık sık sık sık sık sık bisiklet noktaların etrafında bulunan sistem osilleri kırar.

Deadband tazminatı, “injecting” tarafından lineerliği geri yüklemektedir, çünkü yarı iletken üretim, farmasötik işleme ve havacılık gibi birçok yüksek çözünürlükte değildir.Pensation sadece güzel bir uygulama değildir; ancak çok yüksek çözünürlükte birçok yüksek çözünürlükte, yarı iletken üretim, farmasötik işleme ve havacılık, önemli bir ölü bandın öngörülemeyen kontrol toleranslarına güvenebilir.

Ayrıca, ölü bant tazminatı sistemi stabilitesini artırır. Ölü bantlar tarafından kaynaklanan limit döngüleri, onarım ve yedeklerin frekansını azaltır. Tüm sistem daha öngörülebilir ve daha kolay hale getirir.

Deadband Compensation

Bazı yaklaşımlar PID kontrol döngülerinde ölü bandı hesaplamalar için mevcuttur, yazılım ayarlamalarından donanım modifikasyonlarına kadar. Seçim, mümkün olan hesaplama karmaşıklığı ve kontrol ortamına bağlıdır. Aşağıda en yaygın ve etkili yöntemler vardır.

Deadband Filtreing

Basit bir yöntem, kontrol çıktısını veya ölü bant aralığında küçük dalgalanmaları görmezden gelmek için hata sinyalini uygulamak için bir filtreleme tekniği uygulamaktır.Bir ölü bant filtresi, gelecekteki bir bölge işlevi olarak uygulanabilir: kontrolör çıktısı sabit değildir, aksi takdirde, çıktısı ölü bandın modelinde küçük dalgalanmaları görmezden gelmek ve onu dikkatle iptal edebilir.

Daha sofistike bir filtre, ölü bandından sonra gerçek süreç girişi tahmin etmek için bir rahatsızlık gözlemcisi veya bir Kalman filtresi kullanır. Filtre çıktıları ölü bant için hesapların, etkili bir şekilde “önlendirme” PID çıkışı için sağlamdır.Bu yöntem, ölçüm gürültüsü için sağlamdır, ancak bir bitki modeli gerektirir.

Adaptif Kontrol

Ölü bant takmak, sıcaklık veya diğer faktörler nedeniyle zaman içinde değişir, uyarlanabilir kontrol teknikleri dinamik olarak tazminat parametrelerini ayarlayabilir.Bir ortak adaptive approach, operasyon sırasında ölü bant genişliğini tanımlamak için bir rödre geri bildirim testi kullanmaktır. Sistem küçük bir sinüsoid veya sinyal önlemleri ve işlem yanıtı enjekte eder, o zaman ölübandın tahmin edilebilir olması gerekir.

Bir başka uyarlayıcı yöntemi, yeniden satın alma düzenleyici bir şema kullanarak içerir (RLS) bir ölü bant-düzelt bitki modelini tanımlamak için uyarıcıdır. PID parametreleri ve ölü bant tazminatı aynı anda kendi kendini takip eden bir düzenleyici program kullanılarak ayarlanabilir. Adaptif bir tazminat güçlü ancak hesaplamalı bir yük ve istikrar sağlamak için dikkatli bir şekilde tasarlanmıştır.

Deadband Compensation Algorithms

PID döngülerinde ölü bandı telafi etmek için birkaç özel algoritma geliştirildi:

  • [0]Inverse ölü bant tazminatı:[Dönetici:[Dönetici:0) Kontrollü çıktı, bir boyuta eşit bir adım ekleyen bir işlevle geçer. Örneğin, PID çıktısı ölü banttan olumlu ve daha büyükse, tazminatlar onu değiştirir.
  • [FONT:0)Integral ölü bantlı besleme ile sıfırlanır: Ölü bant dönemleri boyunca integral rüzgarın donmasını veya hatanın ölü bant genişliğine doğru orantılı olarak sıfırlandığında sıfırlanabilir.
  • [FONT:0]Nonlinear PID, ölü bant şekillendirme ile ilgili olarak: Geleneksel PID yapısı, ölü bandı karşılayan bir özelliktir. Örneğin, bölgedeki orantılı kazanç, onu itmek için bir “kick” sağlamak için artırılabilir.

Bu algoritmaları, minimum hesaplama maliyeti olan dijital kontrolörlerde uygulanabilir. Ortak bir pratik uygulama, ek modül olarak PID algoritmasına ölü bant tazminatını dahil etmektir. Birçok ticari DCS ve PLC sistemi, yerleşik ölü bant tazminat blokları sunar.

Donanım Çözümleri

Bazı durumlarda, en etkili tazminat kaynağında ölü bandı ele almaktır. Örneğin, düşük çözünürlükli kapak ambalajları, azaltılan geri yüklemeler veya yüksek çözünürlüklü dijital sensörler ölü bant problemini tamamen ortadan kaldırabilir. Ancak, donanım yükseltmeleri genellikle pahalı ve mevcut bitkilerde mümkün olmayabilir.

Pratik Uygulamayı Değerlendirme

Gerçek bir kontrol döngüsündeki ölü bant tazminatını uygulamak, sistem dinamiklerinin ve ölü bandın doğasının dikkatli bir analizini gerektirir.

Ölü bant Paralarını Tanımlama

İlk adım ölü bandı ölçmektir. Bu, bir geri bildirimle ilgili olarak yapılan özel testler aracılığıyla yapılabilir, sınır döngülerinin amplitüdünü ölçerek, işlem değişkeni yanıtı gözlemlenir.The first step is to analyzeify.The DeadbandBillband Details is the small input change that generate a detectable print. Alternatif olarak, a kapalı-loop test with a feedback can automatically determine the deadband by measure cycle. an outside connection to a detailed procedure: 03.Cont.Contenment Global - Deadband and Compensation[FLT]

Daha sonra

Ölü bant tazminatı uygulanırken, etkili döngü dinamikleri daha lineer hale gelir ve standart PID ayar kuralları (örneğin Ziegler-Nichols, Cohen-Coon veya IMC) tazminatın tekrarlanması için daha agresif bir şekilde tavsiye edilebilir, çünkü tazminatın kendisi etkili bir şekilde tanıtılabilir.Integral zaman, tazminatın tekmeten aşırı azaltılması için daha fazla azaltılabilir ve türkçe filtrelenmesi gerekebilir.

Zaman-Varying Deadband

Ölü bant süreçleri ile değiştirirse (örneğin, basınç valfi stiction) ısıyı etkiler, periyodik kimlik veya adaptif tazminat gereklidir. Bazı endüstriyel kontrolörler, ayar döngüsünin bir parçası olarak ölü bandı tanımlamasını içeren “oto-tune” özellikleri sunar.

Trade-offs

Ölü bant tazminatı genellikle doğruluk ve hız arasında bir ticaret kesintisi içerir. ters ölü bant tazminatı, yüksek frekanslı dinamikleri veya PID'in kendisi kadar agresif olup olmadığı konusunda bir adım değişikliği yapar.

Vaka Çalışmaları ve Örnekler

Plastik bir Ekstrüderde Sıcaklık Kontrolü

Plastik bir döngü sürecinde, var olan ısı, küçük güç seviyelerinden kaçınmak için ±1°C içinde muhafaza edilmelidir.Fabrika bantları, 3-4°C'nin amplifikasyonunu kullanarak, PID algoritmasında yerleşik bir yükseğine sahip olur (pöksüzlüğün %10-20'u) ve tüm rüzgarların azalması sonucu ortadan kaldırıldı.

Bir Stiction-Prone Valve ile Akış Kontrolü

Bir kimyasal bitki, kapaklı geri yükleme nedeniyle limit döngüleri sergileyerek akış kontrol döngüsü ile mücadele etti.Gate bant genişliğinin% 5'i ek olarak, gerekli gücü tahmin eden bir rahatsızlık gözlemcisi kullanarak ölü bir bant tazminat algoritması uygulandı çünkü tazminat geri çekilme tekniği sırasında bir önyargı ifade ekledi: Limit döngüleri ortadan kalktıktan sonra, ve akış kontrolü, ek olarak, PID'nin% 5'i (%0.5'i) eklemiştir.

Bir Robotik Ortak Denetim

servo tabanlı robot kollarında, dişli gerisi, birkaç mikrometrenin bile mekanik oyunda bir ölü bandı oluşturur. Gelişmiş robot kontrolörleri, geri yüklemeyi öngören model tabanlı ölü bant tazminatı kullanır ve motor komutuna önceden yük sağlar:0) Mikromo - Backlash Compensation in Motion Control Systems).

Deadband Compensation'daki Gelişmiş Topics

Kontrol sistemleri daha sofistike hale gelirken, ölü bant tazminatları için yeni teknikler ortaya çıkıyor.Demokrat ağları gibi, ölü bant özelliklerini verilerden öğrenebilir ve gerçek zamanlı olarak faturalar üretirler.Bu yaklaşımlar özellikle de ölü bandın doğrusal olmayan veya çift olmayan diğer doğrusal olmayanlarla birlikte kullanışlıdır.

Başka bir gelişmiş alan, dağıtılmış kontrol sistemleri (DCS) tarafından dağıtılan dağıtılmış kontrollerde ölü bant tazminatı, bu tür senaryoları idare edebilir.Protestasyonlar ve doğrusal olmayanlıkları etkileyebilir ve ölü bant, karmaşık davranışlar için bir döngünün bir araya getirilebilir.

Son olarak, kablosuz sensör ağlarında ve IIoT cihazlarında, ölü bandın iletişim trafiğini azaltmak için kasıtlı olarak kullanılıyor (örneğin, verileri yalnızca bir eşiğine gönderdiğinde gönderin). Bu sistemlerde, ölü bant tazminatı geç saatlere ve güvenilirlik zorluklarına giriş yapmak için yapılmalıdır. Araştırma, kontrol performansına sahip düşük güç tazminat algoritmaları geliştirmek için devam ediyor.

Deadband Compensation Faydaları

PID kontrol döngülerinde ölü bant tazminatlarının uygulanmasının avantajları önemli ve doğruluklarını artırmakta.

  • [FONT:0)Gelişmiş Doğruyu Geliştirmiş:[Dönetici:0) Ölü bölgeyi ortadan kaldırmak için, kontrol cihazı sıfıra doğru sabit ayar hataları azaltabilir.Birçok durumda, achievable set takip hatası orijinal ölü bant genişliğinin altında azalır.
  • [FONT:0)Enhanced Stability:[Dönetici:[Dönetici: 0) Tamamlanan bisiklet limitini genellikle ölü banttan ortaya çıkar, daha öngörülebilir bir yanıtla sonuçlanır. Bu kararlılık, süreçte diğer döngülere gider.
  • [FONT:0)Extended Equipment Life:[[Dönetici:0]Extended Equipment Life:[Döneticileri olmayan, taşıyıcılar ve valfler daha az geri dönüş ve daha az mekanik stres deneyimliyor.
  • [FONT:0)Enerji Verimliliği: [Dönetici: [Dönetici:0)) Ön kontrol, işlem, sabit ve kurtarma döngülerinden uzak durmaksızın, ısıtmada boşanır veya pompalanan işlemlerde% 5-10’luk enerji tasarrufu göstermiştir.
  • [FONT:0)Hızlı Komisyon:[[Dönetici:[Dönder: 1 ) Ölü bant tazminatı ile, döngüler ayarlamayı daha kolaydır, çünkü altta yatan davranış daha lineerdir. Mühendisler, ölüler için ayrı olarak hesaba katmaksızın standart ayar kuralları uygulayabilirler.
  • [[Düz Ürün Kalitesi: [Dönetici: [Düzen: 1) Üretimde, tutarlı süreç değişkenleri doğrudan daha yüksek kalitede ve daha az kusura tercüme eder. Deadband tazminatı, kritik parametrelerin kontrolünü, verimini artırma ve atıkların azaltılmasına olanak sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Deadband, normal kontrol performanslarını ve etkilerini anlamak için gerçekleştirilmiş kontrol sistemlerini tehlikeye atacak birçok endüstriyel kontrol sisteminde doğal olmayan bir farktır.Relamental davranışı geri yüklemek ve PID döngülerini optimize etmek için uygun tazminat teknikleri uygulayabilir.Relamental olmayan yöntemlerde basit bir şekilde okuma, donanım veya donanım, adaptivesiyon, kontrol performansına bağlı olarak, kontrol performansına ilişkin güçlü bir araçtır.Reformasyonlar ve kontrol işlemlerine devam eder.Relamental olarak, akıllı ölü bant yönetimi, kalite ve ekipman ömrünün tamamının tamamının tamamını daha da hızlandıracak.