Prinsip Dasar Kontrol PID &Penyetelan Loop
Sektor industri sangat bergantung pada pengontrol PID untuk segala macam kebutuhan otomatisasi. A loop kontrol adalah mekanisme umpan balik mendasar yang ditempatkan untuk menjembatani kesenjangan antara variabel proses yang diukur dan titik setel yang diinginkan. Pengendali digunakan untuk menerapkan upaya korektif yang tepat melalui antarmuka yang disebut aktuator yang dapat mendorong variabel naik atau turun. Kontroler menerapkan upaya korektif dalam satu lingkaran, hingga kesalahan dihilangkan hingga akurasi yang diinginkan.
Sejarah
Ketika pengontrol umpan balik pertama mulai diproduksi, mereka hanya dirancang dengan istilah proporsional. Namun, segera disadari bahwa pengontrol P-only hanya mampu mendorong kesalahan ke bawah ke nilai yang dapat diabaikan tetapi tetap saja, bukan nol. Ini mengharuskan operator untuk mengatur penguatan secara manual hingga jejak kesalahan terakhir dihapus.
Untuk melakukan tindakan terakhir ini secara otomatis, istilah integral diperkenalkan, dan sering disebut reset otomatis karena kemampuannya untuk menyesuaikan aksi proporsional. Tak lama kemudian, istilah turunan diperkenalkan dan digambarkan sebagai kontrol laju, bertindak sebagai prediktor kasar kesalahan yang mungkin terjadi berdasarkan kemiringan kesalahan saat ini.
Dasar-dasar PID
Pengontrol PID menggunakan rumus berikut untuk menghitung outputnya, yaitu u(t), sedangkan e(t) adalah sinyal kesalahan, yang merupakan perbedaan antara variabel proses &set-point.
Pengontrol PID memiliki beberapa istilah yang terkait dengannya; ini termasuk:
- Dapatkan – ini mengacu pada persentase di mana sinyal kesalahan memperoleh atau kehilangan kekuatan saat melewati berbagai blok pengontrol, sampai ke output. Misalnya, jika pengontrol PID diatur ke gain tinggi, ia akan melakukan upaya korektif secara agresif untuk menghilangkan kesalahan.
- Waktu Integral – Serangkaian peristiwa hipotetis dapat menyebabkan sinyal kesalahan tiba-tiba melompat ke nilai tetap yang akan memunculkan respons instan dari suku proporsional pengontrol serta respons yang terus meningkat dari suku integral. Waktu yang diperlukan suku integral untuk mengejar waktu proporsional yang tidak berubah adalah waktu integral dan dilambangkan dengan TI.
- Waktu Turunan – Jika kesalahan dimulai dari nol dan meningkat pada tingkat yang tetap, maka suku proporsional juga akan dimulai dari nol, sedangkan suku turunan akan mengasumsikan nilai tetap. Waktu turunan, TD adalah ukuran pengaruh relatif dari suku turunan, artinya pengontrol PID dengan waktu turunan yang panjang akan mengeksekusi aksi turunan yang lebih berat daripada aksi proporsional.
Penyetelan Putaran
Sering disebut sebagai seni, penyetelan loop pengontrol PID berarti memilih nilai untuk parameter penyetelan, yaitu P, TI, dan TD sehingga pengontrol dapat menghilangkan kesalahan dalam waktu yang cukup lama, tanpa menyebabkan terlalu banyak fluktuasi. .
Pengontrol jelajah mobil memberikan contoh yang bagus tentang ini. Setiap kali sebuah mobil mulai, kelembamannya menambahkan penundaan antara waktu pedal gas ditekan dan waktu ketika kecepatan yang diinginkan tercapai. Tindakan derivatif &proporsional pengontrol dalam hal ini tidak boleh langsung terjadi tetapi dengan cara yang tidak akan terlalu tidak nyaman bagi penumpang atau keras pada bagian internal mesin. Jika penundaan dalam mencapai kecepatan yang diinginkan terlalu lama, aksi integral juga akan kick-in, dan mendominasi output pengontrol.
Menyetel ketiga parameter bukanlah hal yang mudah karena ketiganya saling bergantung, yang berarti mengubah salah satu dari mereka akan memengaruhi kinerja dua lainnya juga.
Penyetelan Ziegler-Nichols
Pada tahun 1942, John G. Ziegler dan Nathaniel B. Nicholas, yang bekerja di Taylor Instruments, merancang metodologi yang menarik untuk menangani masalah penyetelan loop.
Teknik loop terbuka mereka melibatkan menempatkan pengontrol melalui uji langkah offline, setelah itu kurva yang disebut kurva reaksi diplot berdasarkan hasil. Pada titik paling curam kurva, garis singgung ditarik yang memberikan informasi tentang seberapa cepat proses bereaksi terhadap perubahan langkah. Keduanya mencapai kesimpulan berikut:
- Konstanta waktu proses, T, adalah kebalikan dari kemiringan garis singgung.
- Waktu mati, d, adalah waktu yang dibutuhkan oleh proses untuk menunjukkan reaksi awalnya terhadap langkah tersebut.
- Perolehan proses, K, menunjukkan seberapa banyak variabel proses meningkat sehubungan dengan ukuran langkah.
Pada akhirnya, Ziegler &Nicholas merancang formula yang memberi mereka nilai untuk tiga parameter, yaitu P, TI, dan TD dari T, d dan K. Rumusnya adalah:
Setelah parameter ini dimuat ke dalam rumus PID, dan pengontrol dimasukkan ke status otomatis, tidak ada interupsi lebih lanjut yang diperlukan untuk menghilangkan kesalahan atau fluktuasi.
Namun, penyetelan loop PID bukanlah proses yang sederhana, dan memerlukan pengulangan setiap kali sifat proses berubah dengan cara apa pun. Inilah sebabnya mengapa penyetelan loop disebut sebagai seni dan membutuhkan kombinasi pengalaman &keberuntungan, daripada keterampilan matematika mentah!
Tertarik untuk mempelajari lebih lanjut? Bicaralah dengan salah satu profesional kami di PanelShop.com .
