Grelna plošča je lahko videti popolnoma stabilna pri 100 stopinjah, pri čemer ohranja raven in nadzorovan toplotni profil z minimalnim odstopanjem. Ko pa se nastavljena točka poveča na 180 stopinj ali več, lahko sistem začne nihati v ponavljajočem se vzorcu prekoračitev in prenizkosti. Temperatura se lahko močno dvigne nad ciljno vrednost, pade pod njo in ponovi ta cikel z naraščajočo resnostjo. Pogosto se domneva, da je sklop grelnika pokvarjen, vendar je osnovna težava pogosto zakoreninjena v krmilni logiki in ne v poslabšanju strojne opreme. V mnogih primerih nestabilnost povzroči krmilni algoritem, ki je bil nastavljen v pogojih nizke-temperature in kasneje postane preveč agresiven pri višjih delovnih točkah.
Glavni vzrok občasnega pregrevanja v sistemih za samodejno uravnavanje PID
Funkcija samodejnega prilagajanja PID v industrijskih regulatorjih temperature deluje z vbrizgavanjem nadzorovanih grelnih impulzov in opazovanjem nastalega toplotnega odziva. Med tem procesom se ocenijo ključne značilnosti procesa, vključno s časovno konstanto, mrtvim časom in skupnim dobitkom sistema.
Ko se samodejno prilagajanje izvaja pri nizki temperaturi, se toplotne izgube v okolje običajno zmanjšajo in sistem se odziva počasi, a predvidljivo. Pod temi pogoji lahko algoritem izračuna nadzorni profil z relativno visokim proporcionalnim ojačanjem in kratkim integralnim časom. Ti parametri so matematično veljavni za pogoje nastavitve, vendar se morda ne bodo pravilno prevedli v delovanje pri višji temperaturi.
Ko se isti sistem kasneje premakne proti višji nastavljeni točki, se toplotno okolje bistveno spremeni. Toplotne izgube se povečajo, lastnosti materiala se nekoliko spremenijo s temperaturo, efektivna dinamika sistema pa postane bolj počasna in nelinearna. Prej izračunani agresivni parametri nato začnejo prekomerno popravljati vsako majhno odstopanje od nastavljene vrednosti. Posledično se vhodna energija večkrat -uporabi in odstrani, kar povzroči trajno nihanje.
To vedenje običajno opazimo v primerih, opisanih kot aneuspešna samodejna nastavitev PID občasno pregrevanje plošče, kjer se nestabilnost pojavi le pri povišanih temperaturah kljub stabilnemu delovanju med ogrevanjem-ali delovanjem pri nizkih-temperaturah.
Krmilnik, nastavljen na ogrevanje-je živčna razvalina pri polni vročini ...
Zakaj nizko{0}}samodejno prilagajanje povzroči visoko-temperaturno nestabilnost
Algoritmi za samodejno uravnavanje PID predpostavljajo, da dinamika procesa, izmerjena med uglaševanjem, ostane reprezentativna v celotnem območju delovanja. V praksi se grelne plošče obnašajo-odvisno od temperature:
Toplotna prevodnost se spreminja s temperaturnimi gradienti
Pri višjih temperaturah se sevalne izgube znatno povečajo
Učinkovitost grelnika se lahko spreminja glede na spremembe upora
Mehanski vmesniki uvajajo nelinearne učinke prenosa toplote
Zaradi teh premikov rezultat nastavitve, ki izhaja iz nizko-energetskega režima, pogosto ne ostane veljaven pri visoki toplotni obremenitvi. Krmilnik se učinkovito "uči" sistem, ki ga je lažje segreti in počasneje izgublja energijo kot pri dejanskih delovnih pogojih visoke{2}}temperature.
Posledično proporcionalno ojačenje postane pretirano, integralno delovanje pa prehitro kopiči napako. Celo manjša odstopanja sprožijo korektivne ukrepe, ki presežejo cilj in okrepijo nihanje, namesto da bi ga dušili.
Vedenje in dinamika procesa PID Autotune
Rutine samodejne nastavitve PID v osnovi temeljijo na prepoznavanju:
Časovna konstanta procesa
Mrtvi čas (transportna zamuda)
Dobiček sistema (razmerje-izhodne-odzivne temperature)
Pri nizkih temperaturah so lahko ti parametri videti stabilni in prizanesljivi. Pri višjih temperaturah lahko isti sistem kaže zmanjšane časovne konstante in povečano variabilnost ojačenja zaradi nelinearnih učinkov prenosa toplote. Ta neusklajenost povzroči nepravilno parametriranje krmilnika.
V takšnih pogojih nihanje ni posledica okvare strojne opreme za zaznavanje ali gretje, temveč neskladja med predpostavljeno in dejansko dinamiko procesa.
Strategije popravkov za visoko-temperaturno stabilnost
Stabilizacija občasnega pregrevanja običajno zahteva prilagoditev obnašanja krmilnika, da se ujema z dejanskim režimom delovanja. Običajno se uporabljata dva primarna korektivna pristopa:
Ponovno -zagon samodejne nastavitve pri delovni temperaturi
Najučinkovitejši popravek se pogosto doseže s ponavljanjem rutine samodejne nastavitve pri dejanski visoki nastavljeni točki procesa. To zagotavlja, da krmilnik karakterizira sistem pod realističnimi pogoji toplotne obremenitve, kar proizvaja natančnejše parametre PID.
Ročna razglasitev za robustno delovanje
V sistemih, kjer samodejna nastavitev ostaja nestabilna ali nezanesljiva, bo morda potrebna ročna nastavitev:
Proporcionalni dobiček je zmanjšan, da se omeji korektivna agresivnost
Integralni čas se podaljša, da se upočasni akumulirani popravek
Izpeljano delovanje se lahko rahlo poveča, da se izboljša blaženje
Konzervativna strategija prilagajanja pogosto daje bolj stabilne rezultate v širokem območju delovanja kot en sam agresiven rezultat samodejnega prilagajanja.
Inženirska interpretacija krmilne nestabilnosti
Toplotno nihanje pri visoki temperaturi se pogosto napačno diagnosticira kot okvara opreme, kar vodi do nepotrebne zamenjave grelnikov, senzorjev ali krmilnikov moči. Vendar pa v mnogih primerih glavni vzrok ostane v celoti znotraj parametriranja nadzora.
Ročno nastavljen, konzervativen nabor parametrov je pogosto bolj robusten v širokem temperaturnem območju kot en sam, agresivno samodejno nastavljen nabor. To še posebej velja za sisteme z veliko toplotno maso, nelinearnimi toplotnimi izgubami ali širokimi razponi delovnih temperatur.
Zaključek
Toplotno povzročeno krmilno nihanje je pogosto težava s programsko opremo in parametriranjem, ne pa s strojno opremo. V sistemih, ki razstavljajoneuspešna samodejna nastavitev PID občasno pregrevanje ploščeobnašanja, je nestabilnost običajno posledica samodejnega prilagajanja, ki se izvaja pod ne{0}}reprezentativnimi pogoji.
Najbolj zanesljiv popravek je dosežen s ponovno-nastavitvijo regulatorja PID na temperaturo, pri kateri je potrebno-delovanje v ustaljenem stanju, in ne pri temperaturi, pri kateri se je sistem prvotno stabiliziral. V preciznih toplotnih sistemih mora biti krmilna logika umerjena glede na dejansko delovno okolje, s čimer se zagotovi, da so "možgani" ogrevalnega sistema usklajeni z dejanskim-toplotnim obnašanjem in ne s prehodnimi pogoji nastavitve.
