Unabhängig davon, ob Sie Ihrem neuen Alicat Massendurchflussregler zum ersten Mal einen Sollwert geben oder einen vertrauten Alicat Druckregler in ein neues System einbringen, benötigt Ihr Gerät manchmal einige Anpassungen, um ein Höchstmaß an Regelstabilität zu erreichen. Dies geschieht durch PID-Einstellung, die eine Reihe von Werten anpasst, die steuern, wie schnell ein Regler den Sollwert erreicht und wie stabil er auf diesem Sollwert ist. Alicat sendet Controller mit einem Standardsatz von PID-Werten, die für die meisten Anwendungen funktionieren, wenn zum Zeitpunkt der Bestellung keine benutzerspezifischen Parameter bereitgestellt werden. Da jedoch alle Anwendungen eindeutig sind, können diese PID-Bedingungen einige Anpassungen erfordern. Die jedem Parameter zugewiesenen Werte können willkürlich erscheinen und machen daher PID-Tuning frustrierend und scheinen wie zufälliges Raten. In diesem Beitrag werden wir einige der Prinzipien hinter dem PID-Tuning entmystifizieren und einige Tipps für das Tuning auf diesem Gebiet geben.

Proportional, Integral, Derivat

Beginnen wir mit einigen formalen Definitionen. PID steht für Proportional, Integral, Derivative, die drei Komponenten des Regelalgorithmus.

Proportional. Einer der Haupteingänge des Ventilantriebs ist der Proportionalfehler. Der proportionale Fehler ist die Differenz zwischen dem Prozesswert und dem Sollwert. Diese Differenz wird mit der P-Verstärkung multipliziert und zum Summenregister addiert. Daraus können Sie erkennen, dass der Regler bei einem großen Unterschied zwischen dem aktuellen Messwert und dem Sollwert schnell das Ventil bewegt, um zu versuchen, den Sollwert zu erreichen. Wir können uns das als Gaspedal in einem Auto vorstellen.

Derivat. Aus dem Kalkül wissen wir, dass die Ableitung die Änderung in x über die Änderung der Zeit (t) ist. In diesem Fall ist x unsere Durchflussrate. Die PID-Schleife nimmt dieses dx / dt, multipliziert es mit der D-Verstärkung und subtrahiert sie von dem Summierungsregister, um einen Dämpfungsterm zu erzeugen. Auf diese Weise können wir uns D als das Bremspedal im Auto vorstellen. Hier ist ein Link zu einem Video, das die Autoanalogie von P und D weiter erklärt.

Integral. Ein Integral im Kalkül ist der Bereich unter einer definierten Kurve zwischen zwei Punkten, normalerweise eine Start- und Stoppzeit. In praktischer Hinsicht ist es die Summe der vorherigen Messwerte vom Zeitpunkt Null oder die Summe der Fehler. Während die P- und D-Terme nur die aktuelle Messung und die unmittelbar davor liegende berücksichtigen, verwendet der I-Term viele frühere Messungen, um den Prozesswert auf den Sollwert zu korrigieren. Bei den meisten Alicat-Geräten wird dem I-Term ein Nullwert zugewiesen, wodurch die Abstimmung auf die P- und D-Terme reduziert wird. In diesem Fall werden die Ergebnisse der P- und D-Werte, wie oben erwähnt, in ein Summierungsregister integriert, das tausend Mal pro Sekunde aktualisiert wird und die Notwendigkeit einer Benutzereingabe in einen I-Term eliminiert. Das Summierungsregister ist skaliert, um den Ventilantriebsbefehl zu liefern.

PD2I. Unsere Zweiventil-Controller, die MCD- und PCD-Serie, verwenden immer noch den I-Begriff, verwenden ihn jedoch anders als bei einem herkömmlichen PID-Algorithmus. Wir verwenden einen speziellen PD2I-Algorithmus, der von Alicat erstellt wurde und eine Vorhersagefunktion in den Algorithmus integriert. Aus diesem Grund funktionieren die Standardmethoden der PID-Optimierung für diese Geräte nicht. Der PD2I-Algorithmus ist komplexer und Einzelventilsteuerungen profitieren typischerweise nicht davon. Wenn Sie Probleme beim Tunen eines MCD- oder PCD-Geräts haben, rufen Sie uns bitte an und wir können Ihnen helfen!

Responsive und stabile Ventilsteuerung erreichen

Diese Definitionen sind ziemlich nutzlos, wenn wir nicht herausfinden können, wie man sie auf eine Anwendung anwendet. Das am häufigsten auftretende Problem sind Oszillationen des Sollwerts. Was passiert ist, dass die P- und D-Terme überkorrigieren. Die typische Lösung ist, den D-Term allein zu lassen und den P-Term zu verringern. Wenn die beiden Terme gut ausgeglichen sind, konvergiert die Prozessvariable schnell zum Sollwert. Andererseits können Sie P auch zu weit verringern und das System wieder in Schwingungen versetzen, wobei P und D wieder aus dem Gleichgewicht geraten sind. Die Oszilloskopzeichnungen in diesem Beitrag zeigen, wie ein richtig abgestimmtes Ventil in seinen Ansprechkurven aussieht.

Also, warum arbeiten Controller manchmal perfekt in einem Setup, aber nicht in einem anderen? Dafür müssen wir uns die Anwendung anschauen. Die Problempunkte für das Abstimmen treten oft auf, wenn ein hoher Einlassdruck vorliegt. Dies ist in der Regel schwierig, weil sie nur einen kleinen Teil des Bewegungsbereichs des Ventils verwenden. Bei hohem Einlassdruck muss sich das Ventil nur leicht öffnen, um die volle Durchflussmenge des Geräts zu erreichen, so dass nur ein begrenzter Platz für Einstellungen zur Verfügung steht. Wenn Sie den Eingangsdruck des Systems verringern können, muss das Ventil mehr öffnen und mehr Platz für Feineinstellungen lassen. Das Schalten von Gasen kann sich auch auf die Abstimmung am Gerät auswirken. Argon und Helium zum Beispiel haben sehr unterschiedliche Eigenschaften und erfordern möglicherweise einige P-Verstärkungseinstellungen, um eine optimale Steuerung zu erreichen.

Wenn Sie Ihre Betriebsbedingungen vor der Bestellung kennen, sagen Sie uns Bescheid! Wir können das Ventil in der richtigen Größe spezifizieren und die Tuning-Parameter ab Werk voreinstellen, bevor das Gerät zu Ihnen kommt. Deshalb fragen wir bei allen Dual-Ventil-PCD- und MCD-Aufträgen nach den Ein- und Ausgangsdrücken sowie nach dem Prozessvolumen. Wir können diese Bedingungen in unserem Kalibrierlabor nachbilden und Ihr Gerät sofort nach dem Auspacken ausliefern

Bitte wenden Sie sich an einen Alicat-Anwendungsingenieur (info@alicat.com oder 888-290-6060), um über Ihre Bedürfnisse bei der Ventilabstimmung zu sprechen. Wir helfen Ihnen gerne, das Beste aus Ihrem Instrument herauszuholen!