Kesalahan PID:Reset Windup

PID telah melayani industri kontrol proses selama lebih dari satu dekade dan telah memantapkan dirinya sebagai teknik utama untuk kontrol umpan balik sistem. Selama bertahun-tahun, teknik ini telah mengalami sejumlah peningkatan dan penyempurnaan, memberikan jalan bagi perangkat pneumatik, elektronik, dan berbasis komputer, memastikan kontrol yang lebih ketat atas proses.

Salah satu terobosan pertama dalam sistem PID adalah tindakan integral, juga dikenal sebagai reset otomatisasi, yang secara signifikan meningkatkan kinerja pengontrol yang dilengkapi dengan tindakan proporsional. Kontroler “P-only” menerapkan upaya korektif yang sebanding dengan perbedaan antara nilai terukur dan setpoint, yang dapat diringkas sebagai:

• Jika perbedaan atau kesalahan meningkat, pengontrol P-only merespons dengan upaya kontrol positif untuk mengurangi perbedaan.
• Jika perbedaannya berkurang, pengontrol menyuntikkan upaya kontrol negatif.

Seluruh implementasi mudah dipahami dan dipelihara tetapi memiliki cacat umur panjang, artinya ketika kesalahan berkurang, demikian juga upaya kontrol. Ini memperlambat tingkat di mana kesalahan berkurang, meningkatkan keseluruhan waktu yang dibutuhkan untuk kesalahan berhenti. Tapi kesalahan tidak pernah berhenti ada juga, dengan P-controller meninggalkan proses dengan sedikit offset.

Kesalahan kondisi tunak ini dikoreksi melalui aksi integral yang beroperasi secara paralel dengan pengontrol-P, memastikan bahwa upaya kontrol tetap selama kesalahan memiliki nilai bukan nol. Ini menggantikan pengontrol PI. Sementara pengontrol ini memastikan upaya yang konsisten untuk menghilangkan kesalahan, itu menimbulkan masalah lain. Masalah terpenting yang muncul adalah ketidakstabilan loop tertutup, dengan aksi integral menyebabkan variabel proses melampaui setpoint yang diinginkan. Masalah ini menjadi sangat berbahaya jika proses kontrol sangat sensitif, menyebabkan overshoot untuk membuat kesalahan yang lebih besar dalam arah yang berlawanan. Ini memulai lagi proses eliminasi kesalahan.

Untuk memperbaiki ini, para insinyur menggunakan teknik analitis untuk menentukan keuntungan integral dan proporsional yang akan cocok dengan sempurna untuk proses tersebut.

Kesalahan Penyetelan Ulang Windup

Jika upaya kontrol yang besar digunakan untuk mengurangi kesalahan dengan besaran yang signifikan untuk proses yang aktuatornya terlalu kecil, hasilnya adalah reset windup. Aktuator menjadi jenuh pada nilai tertentu yang sesuai dengan output maksimumnya, tidak dapat mempengaruhi proses lebih jauh. Operator dapat mencoba mengurangi masalah dengan mengurangi nilai setpoint sehingga berada dalam kisaran yang dapat dicapai aktuator, tetapi ini tidak akan berhasil. Mengapa? Karena pada saat ini kesalahan terintegrasi akan mencapai nilai yang sangat besar, dan pengontrol akan terus mencoba membuat aktuator menghasilkan respons yang lebih tinggi dari batas atasnya.

Namun, jika setpoint diturunkan cukup rendah, kesalahan terintegrasi akan mulai berkurang. Ini harus dikombinasikan dengan serangkaian kesalahan negatif untuk menghilangkan efek kesalahan positif yang terakumulasi selama aktuator berada dalam keadaan jenuh.

Cara lain untuk menghilangkan kesalahan ini adalah dengan memasang aktuator yang cukup besar untuk menghasilkan perubahan yang diperlukan untuk proses tanpa menjenuhkan.

Perbaikan Pra-Pemuatan

Reset windup juga dapat terjadi jika aktuator mati saat pengontrol hidup. Misalnya, dalam kasus pengontrol kaskade, jika loop dalam dalam mode manual, itu tidak akan berpengaruh pada pengontrol loop luar. Jika pengontrol loop luar terus beroperasi, aksi integralnya akan "berakhir".

Solusi sederhana untuk masalah ini adalah setiap kali aktuator tidak berjalan, integrator pengontrol harus dimatikan. Solusi lain adalah menyesuaikan setpoint ke nilai variabel proses di antara batch. Namun, ada metode yang lebih baik untuk memperbaiki penutupan reset.

Dalam skenario pra-pemuatan, output integrator pengontrol diperbaiki sehingga proses akan memulai batch berikutnya dengan kesalahan yang diperoleh dari batch sebelumnya. Dengan pra-pemuatan, penyetelan ulang dapat dilanjutkan langsung dari kumpulan sebelumnya, mengurangi waktu yang diperlukan untuk menyesuaikan diri ke keadaan konstan.

Ini bekerja paling baik jika kumpulannya identik sehingga pengontrol harus mendapatkan setpoint yang sama setiap saat. Jika batch tidak identik, maka model matematika harus digunakan untuk memprediksi aksi integral yang diperlukan untuk putaran berikutnya. Pendekatan ini bekerja untuk proses yang berkelanjutan jika dimodelkan sebelum memulai proses.

Perbaikan Transfer Bumpless

Namun, pra-pemuatan dapat menyebabkan beberapa cegukan. Salah satu masalah potensial adalah penyesuaian mendadak pada output aktuator setelah setiap putaran dimulai, yang dapat merusak aktuator. Demikian pula, ketika pengontrol dialihkan dari mode otomatis ke mode manual dan sebaliknya, setiap upaya operator untuk mengubah upaya kontrol juga dapat merusak aktuator.

Bumpless Transfer menggunakan pra-pemuatan buatan untuk mengatasi cegukan ini. Integrator dimuat dengan nilai yang diperlukan untuk me-restart operator, menghilangkan kebutuhan untuk mengubah upaya kontrol. Pengontrol masih harus memperhitungkan perubahan dalam variabel proses atau setpoint, tetapi akan ada sedikit hambatan saat beralih ke mode otomatis.

Komplikasi Kematian

Deadtime adalah waktu yang dibutuhkan oleh variabel proses untuk menyesuaikan setelah perubahan dalam upaya pengendalian. Ini terjadi ketika sensor variabel terlalu hilir dari aktuator. Tidak peduli seberapa keras pengontrol mencoba, itu tidak dapat mengurangi kesalahan sampai parameter fisik sensor berubah.

Saat pengontrol mencoba untuk memperbaiki kesalahan, kesalahan dan variabel proses berhenti bergerak, menghasilkan tindakan integral yang berakhir seperti jika aktuator dimatikan. Salah satu solusi untuk ini adalah mengurangi penguatan integral, yang akan menurunkan aksi integral maksimum karena windup dan menghilangkan waktu mati.

Masalah ini juga dapat diselesaikan dengan mengeluarkan aksi integral dengan waktu mati, memberikan waktu buffer windup untuk mereda. Salah satu cara untuk meningkatkan teknik ini adalah dengan menambahkan interval intermiten ke aksi integral. Membiarkan aksi proporsional bekerja selama beberapa waktu dan kemudian menyalakan aksi integral dapat mempersingkat waktu yang diperlukan agar kesalahan menjadi nol.

Ini hanyalah salah satu contoh penggunaan PID. Algoritme PID telah sangat dimodifikasi untuk memperhitungkan aktuator terbatas kecepatan, kebisingan pengukuran variabel proses, model proses yang bervariasi waktu, dan sebagainya.

Tertarik untuk mempelajari lebih lanjut? Bicaralah dengan salah satu profesional kami di PanelShop.com .

Bagaimana Menghubungkan Kontrol Membantu Mengelola Aset Apa itu Pengukuran Bersih?