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如何避免常见的PID调整错误提示
作者: 来源: 发布时间:2018-12-05
      过程变量具有缓慢的衰减振荡。控制理论教科书指出降低PID增益应使循环更稳定。减少PID增益。振荡变得更糟。你再次降低增益。振幅和周期变大。您反复降低PID增益。过程变量似乎非常缓慢地接近或偏离设定点。到底是怎么回事?下面跟小编一起看看如何避免常见的PID调整错误提示。
      我从本周的测试结果中发现了我怀疑这个问题的范围更广泛。无论您是在谈论液位,成分,pH值,温度还是气体压力,降低增益都会导致振荡缓慢。这些是重要的循环。减少增益的思维总是会减少振荡,一个人看到振荡会降低增益,使事情变得更糟。
      大约2年前,当我尝试调整水平循环时,我首先在Flow-Level-Instrument-Trainer(FLIT)上学到了这一课。我开始时增益为1,重复时间为1分钟。水平缓慢衰减振荡。在我的控制理论课程中,我了解到增加控制器增益会导致振荡振幅增大,环路最终会变得不稳定。我减少了收益。振荡幅度和周期变得更糟。认为这只是一个异常,我一直在减少收益。  我认为振荡消失但水平总是非常缓慢地移动。如果我以接近设定值的水平结束实验室,我认为我已经解决了问题。
控制系统
      我需要做的是与我学到的相反。我需要持续增加收益。与大多数电平回路一样,PID控制器增益可能为100,之后PID增益会高到足以导致不稳定。解决方案是将PID增益提高两个数量级。或者,我们会看到我可以将复位时间增加两个或更多的数量级,但这会导致非常缓慢的电平控制。在实验室练习的时间范围内,你不会看到这种情况发生的任何事情,即使是在20世纪70年代,对于年轻人来说也是一种可怕的情况。
      当电子模拟控制系统被分布式控制系统(DCS)取代时,这种误解在工厂中以更大的规模重复出现。配置工程师不知道比例带和控制器增益之间的区别。操纵回流的键柱上的模拟馏出物液位控制器具有100%的比例带。DCS电平控制器增益设置为100,整个列排列整齐,呈现出前所未有的最佳性能。DCS被认为取得了令人瞩目的进步。严格的馏出物液位控制提供了严格的物料平衡控制和固有的内部回流控制,以补偿冷雨风暴。
      我已经研究了典型水平环路的过程动态,发现上限增益通常远高于100.对于批量温度环路,增益范围要大得多,但在许多情况下,增益上限接近100。
      因为人们无法想象获得如此高的收益,即使它是由自动调谐器计算的,它们也会减少增益。高增益令人不舒服。当操作员进行微小的设定值更改时,控制器输出会跳转到输出限制。如果有一些噪音,输出会反弹。幸运的是,精心设计的温度测量几乎没有噪音。此外,还可以轻松添加设定值滤波器或速率限制,因此由于设定值变化导致的输出变化不那么显着。
      一些级别循环需要吸收可变性并在操纵流程中进行小的改变以避免扰乱下游用户。正如2018年1月专栏“ 调整以满足过程目标 ”中所讨论的那样,调压槽和馏出液位控制器正在操纵馏分油流量而不是回流流量,“ 没有流程的流程” PID时间帧技巧中的稳态(结论) “。
几乎所有重要的过程变量循环都是易受攻击的。数十年来人们都知道,水平可以从低PID开始缓慢振荡。最近,人们意识到这可能发生在其他整合过程中,例如批次组成,pH和温度。我的测试证实,即使是自我调节过程,尤其是失控过程也会受到影响。测试使用的过程中,控制器输出的每秒每%转换0.005%的升温速率比在实际批次或水平回路中观察到的快100倍,以保持测试时间合理。因此,测试案例中的PID增益远低于工厂中的PID增益。
      过程时间常数远大于过程死区时间的自调节过程表现得像一个整合过程。这是在充分混合的液体体积上连续控制组成,温度和pH控制的情况。  在“ 低PID-Gain.ppt的后果 ”的幻灯片1中,对于PID增益为15的紫色PV响应很大(接近最佳),如通过用于积分过程的Lambda调整规则所计算的。PID增益为6的绿色PV响应显示振荡的开始。将PID增益减小到3(红色图)和1.5(棕色图)会使振荡更加严重。这个时期越来越长,并且在某个时刻超出了趋势图的时间范围。
      用于积分过程的幻灯片2和用于失控过程的幻灯片3在PID时间范围内具有相同的斜率,因为自我调节过程显示低PID增益变得更加有害,因为我们失去了过程自我调节。幻灯片4根据过程增益和重置时间的乘积来量化关系。为了防止振荡开始,该产品必须大于积分过程增益的倒数的两倍。为了防止看到棕色PV的非常缓慢的衰减振荡,产品必须大于积分过程增益的倒数的1/4。
      良好的调整方法,例如用于集成过程的lambda调整,将自动将增益和重置时间的乘积保持在限制之上。危险源于一个人不喜欢高PID增益并因此降低增益。如果必须降低增益,则应增加复位时间,以使增益和复位时间的乘积保持在每个滑块4的限制之上。如果通过设置更大的停止时间来完成重新调整,则限制以防止启动对于给定的过程动态,lambda调整将自动执行振荡。
      使这个问题更加阴险的原因在于,如果增益远低于所需,那么振荡可能只会在跨越几天的趋势图上显现出来。在大多数趋势图的短时间内,过程变量似乎在缓慢移动而没有明显的模式。反弹和静摩擦不可避免的扰乱和限制周期使问题更加难以辨认。
      为什么PID增益有一个下限?什么帮助我从概念上理解正在发生的事情是认识到反馈控制器增益增加了这些过程所需的自我调节,这些过程在PID时间框架中没有表现出自我调节。此外,比例作用必须平衡积分作用的效果,积分作用不具有PV运动的方向感,因为积分模式贡献的变化方向基于符号而不是误差的大小。  如果减少积分作用的数量,则可以减少比例作用的数量,从而保持积分作用。
例外是死区主导过程。在这里,使用用于自调节过程的λ调谐,导致非常低的复位时间和低控制器增益,实现仅积分控制,提供快速渐变响应,固有抑制噪声反应。由于缺少用作过滤器的过程时间常数,这些过程往往是嘈杂的。
      对于许多缓慢的流程,您可以做的快速事情是查看跨越一天或更长时间的趋势图表。如果存在缓慢的衰减振荡,则将复位时间增加一个或两个数量级。如果振荡周期和衰减更快,则PID增益太低。如果动态指示PID增益可能更高,请检查是否存在低PID增益的合理原因,或者低PID增益是否仅仅是某个人误解或舒适区的结果。

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