産業オートメーション制御の分野では、PID 制御ループが広く使用されています。しかし、動作中には、同相発振、-異相発振、-などのさまざまな種類の発振が発生することがよくあります。これらの問題はシステムの不安定性につながるだけでなく、生産プロセス全体の安全性と効率性を損なう可能性があります。ここでは、これら3種類の発振の特徴とその対策について解説しますので、参考にしてください。
I.-同相発振
同相発振では、プロセス変数とコントローラーの出力は同じ立ち上がり、立ち下がり、変曲点を示します。 2 つの曲線は類似または対称です。このタイプの発振は、多くの場合、外部外乱や過剰な比例ゲインによって発生します。
解決：比例ゲインを 3 分の 1 に減らしてみて、発振が悪化するかどうかを観察してください。{0}}発振が悪化した場合は、問題の原因が不適切な PID パラメータ設定によるものではなく、外部外乱によるものである可能性が高いことを示しています。この場合、パラメータを復元し、調整のために外乱の原因を特定することをお勧めします。発振が同相であり、過剰な比例ゲインによって引き起こされている場合は、比例ゲインを 1/3 減らすことで発振が解消されることがよくあります。-。
II.異相発振--
--位相がずれた発振では、プロセス変数と PID コントローラーの出力は、2 つの曲線が逆位相で上昇および下降する、一対の山と谷を示します。この種の発振は間違いなく過剰な積分によって引き起こされます。
解決：積分時間を発振周期に合わせた値に設定してみてください。自己平衡システムの場合、比例ゲインを 3 分の 1 に減らすと、閉ループの性能がわずかに低下する可能性がありますが、位相のずれた発振は排除されます。--ただし、積分器システムの場合、比例ゲインを下げると、より深刻な低周波数の位相外れ発振が発生する可能性があります。--
Ⅲ． -スムーズでない振動
- 非平滑振動では、プロセス変数とコントローラー出力はそれぞれ方形波とノコギリ波を示します。このタイプの振動は、多くの場合、制御バルブの非線形性によって発生します。
解決：滑らかでない振動を解決するには、通常、潤滑、パッキンの緩め、バルブ ステムの真っ直ぐ化、手動バルブまたはバイパスの調整、ポジショナ パラメータの調整、バルブの交換などの制御バルブの調整が必要です。このような場合、PID パラメータの調整は多くの場合無駄であり、調整方法の有効性に疑問が生じる可能性があります。
IV.結論と推奨事項
PID 自動制御ループの発振問題に対処する場合は、まず比例ゲインを減らすことを検討する必要があります。これは、同相発振と異相発振の両方を解決するための推奨方法であるためです。-自己平衡システムの場合、PI 制御はシンプル、効果的、堅牢で、広く適用可能です。-これは、最高のパフォーマンスが優先事項ではない場合に最適な選択肢です。ピークパフォーマンスが優先事項ではない自己平衡システムの場合、PI 制御はシンプル、効果的、堅牢で、広く適用可能です。これが、PI 制御が産業界で非常に広く使用されている理由でもあります。 PI コントローラーの最終的なパフォーマンスは、制御対象の利用可能なモデル情報に依存します。究極の閉ループ パフォーマンスをさらに超えるために、エンジニアは、カスケード フィードフォワードを実装したり、機器をアップグレードしたりするなど、システム アーキテクチャを改善することがよくあります。{10}学術的には、研究者は PID アルゴリズムを改良し、より優れたアルゴリズムでハードウェアの制限を補うことがよくあります。実際の生産ではこのような要件が発生することはほとんどありません。多くの場合、不当なパラメータや不十分な外乱除去によって引き起こされる発振に対処することに重点が置かれます。現場でシングルループ制御が広く使用されているということは、自動化にはまだ大きな改善の余地があることを示しています。単一ループのパフォーマンス、バルブ位置と設定値の柔軟性の利用、または多変数の調整と制約の最適化に関係する場合でも、PID 調整は作業の一部にすぎません。-安全性と効率性をさらに高めるために、プロセス制御はこれらの領域にさらに重点を置く必要があります。
プロセス制御では、正確なモデルを取得することが難しく、純粋な遅れが一般的な現象です。新しいアルゴリズムが絶え間なく登場しているにもかかわらず、プロセス制御において PID が依然として人気があるのはこのためかもしれません。- PID はフィードバックと組み合わせると非常に強力になります。これが認識されると、特定の調整方法はそれほど重要ではなくなります。閉ループのパフォーマンスと PID の機能に影響を与える境界を理解することがはるかに重要です。{3}