通过PID整定实现对阀门的响应性和稳定性控制

无论你是第一次给你的新Alicat质量流量控制器一个设定值,还是把一个值得信任的Alicat压力控制器放入一个新的系统,你的设备有时可能需要一些调整来实现最高程度的控制稳定性。这是通过PID调优完成的,它调整一组值,这些值控制控制器到达设定值的速度以及在设定值时的稳定性。如果在订购时没有提供用户特定的参数,Alicat会发送带有一组标准PID值的控制器,这将适用于大多数应用程序。但是,由于所有应用程序都是惟一的,所以这些PID术语可能需要进行一些调整。分配给每个参数的值看起来可能是任意的,因此会使PID调优变得令人沮丧,并且看起来像是随机猜测。在这篇文章中,我们将解释PID调优背后的一些原理,并提供一些调优技巧。

比例、积分、微分

让我们从一些正式的定义开始。PID代表比例、积分、导数三部分的控制算法。

成比例的。阀门驱动的一个主要输入是比例误差。比例误差是过程读数与设定值之间的差值。这个差值乘以P增益并添加到求和寄存器中。从这里,你可以看到,如果当前读数和设定值之间有很大的差异,控制器会迅速移动阀门,试图达到设定值。我们可以把它想象成汽车的油门踏板。

导数。从微积分中,我们知道导数是x变化量除以时间变化量(t)在这种情况下,x是流量。PID循环使用dx/dt,乘以D增益,然后从求和寄存器中减去它,得到一个阻尼项。这样,我们可以把D想象成汽车的刹车踏板。这里有一个视频链接,进一步解释了P和D的汽车类比。

积分。积分,在微积分中,是指两点之间的曲线下的面积,通常是开始和停止的时间。在更实际的术语中,它是时间0之前的读数的和,或者是错误的和。虽然P和D项只考虑当前的测量和紧接之前的测量,但I项使用许多以前的读数将过程值更正为设定值。在大多数Alicat设备中,I项的值为零,将调优减少到P和D项。在这种情况下,P和D值的结果被合并到求和寄存器中,如上所述,该寄存器每秒更新1000次,从而消除了用户对I项的输入需求。累加寄存器按比例缩放以提供阀门驱动命令。
PD2I。我们的双阀控制器,MCD和PCD系列,仍然使用I术语,但他们使用它不同于传统的PID算法。我们使用由Alicat创建的特殊PD2I算法,该算法将一个预测函数合并到算法中。这就是为什么标准的PID调优方法对这些设备不起作用。PD2I算法更复杂,单阀控制器通常不能从中受益。如果您在调校MCD或PCD设备时遇到困难,请给我们打电话,我们可以提供帮助!

实现快速、稳定的阀门控制

如果我们不知道如何将这些定义应用到应用程序中,那么这些定义就毫无用处。用户最常遇到的问题是关于设定值的振荡。现在的情况是P和D项矫枉过正了。典型的修正方法是不考虑D项而减少P项。如果这两项平衡得很好,过程变量将很快收敛到设定值。另一方面,你也可以把P降低太多,让系统回到振荡状态,此时P和D又失去了平衡。这篇文章中的示波器图显示了一个适当调谐的阀门的响应曲线。
那么,为什么有时控制器在一个设置中工作得很好,而在另一个设置中却不能呢?为此,我们必须查看应用程序。当进口压力较大时,经常出现调谐故障点。这往往是困难的,因为他们只使用一小部分的阀门的运动范围。由于进口压力高,阀门只需轻轻打开就可以实现机组的全流量,因此调节空间有限。如果可以降低系统的进口压力,则阀门必须打开更多,留出更多的空间进行微调。开关气体也会影响设备的调谐。例如,氩和氦有非常不同的特性,可能需要一些P增益调整来实现最优控制。
如果您在订购前知道您的操作条件,请告诉我们!我们可以指定正确的通径阀门和工厂设置的调谐参数,以适应您的设置之前,单位得到你。这也是为什么我们要求所有双阀PCD和MCD订单的进口和出口压力,以及加工体积。我们可以在我们的校准实验室复制这些条件,并发送您的单位,准备使用的开箱即用。

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