ตัวควบคุม PID ขับเคลื่อนประสิทธิภาพในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

ลองจินตนาการถึงวันฤดูหนาว ที่ระบบทําความร้อนของคุณ จะรักษาอุณหภูมิภายในที่สมบูรณ์แบบหรือการขับรถบนทางด่วน ที่รถยนต์ของคุณคงความเร็วโดยไม่ต้องพยายาม โดยไม่ต้องปรับแก๊สด่วนหน้าที่อัตโนมัติที่ดูง่ายเหล่านี้พึ่งพาเทคโนโลยีที่มีพลังงานมาก - เครื่องควบคุมสัดส่วน-บูรณาการ-อนุพันธ์ (PID)ผู้ควบคุม PID ทําหน้าที่เป็นนักควบคุมที่ฉลาด, ส่งผลิตการกํากับที่แม่นยําในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน เพื่อรับประกันประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพสินค้า

เครื่องควบคุม PID หรือเรียกว่า เครื่องควบคุมสามระยะ เป็นกลไกวงจรควบคุมที่ใช้ผลตอบสนองที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องจักรและกระบวนการที่ต้องการการปรับต่อเนื่องมันเปรียบเทียบค่าที่ต้องการอย่างต่อเนื่อง (จุดตั้ง, SP) กับค่าจริง (แปรปรวนกระบวนการ, PV) คํานวณความผิดพลาดและนําการแก้ไขผ่านสามองค์ประกอบและ Derivative (D) เพื่อนําตัวแปรกระบวนการใกล้เคียงกับจุดตั้งได้มากที่สุด.

• ส่วนประกอบสัดส่วน (P):ตอบสนองกับความผิดพลาดในปัจจุบันด้วยสัญญาณออกที่สัดส่วนกับขนาดความผิดพลาด ความผิดพลาดที่ใหญ่กว่าจะกระตุ้นการควบคุมที่แข็งแกร่งขึ้นเพื่อการตอบสนองอย่างรวดเร็ว
• ส่วนประกอบอินเทกรัล (I)แก้ไขความผิดพลาดที่สะสมขึ้นในอดีตเพื่อกําจัดความผิดพลาดที่คงอยู่ในสภาพสมบูรณ์ แม้กระทั่งความผิดพลาดเล็ก ๆ แต่ต่อเนื่องจะกระตุ้นการแก้ไขเพิ่มขึ้นอย่างช้า ๆ
• อนุพันธ์ (D) ส่วนประกอบ:คาดการณ์แนวโน้มความผิดพลาดในอนาคตโดยตอบสนองอัตราการเปลี่ยนแปลงของความผิดพลาด การเปลี่ยนแปลงความผิดพลาดอย่างรวดเร็วทําให้มีมาตรการแก้ไขที่แข็งแกร่งกว่า เพื่อป้องกันการเกินระดับและความสั่นสะเทือน เพิ่มความมั่นคงของระบบ

ผลิตของตัวควบคุมขับเคลื่อนตัวขับเคลื่อนโดยตรง เช่น วาล์วหรือมอเตอร์ ผ่านแรงดัน, ไฟฟ้า, หรือวิธีการปรับปรุงอื่น ๆ เพื่อบรรลุการควบคุมกระบวนการที่แม่นยําเครื่องควบคุม PID ลดความผิดพลาดของมนุษย์ให้น้อยที่สุด ขณะที่ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและความแม่นยําของการควบคุมให้ดีขึ้น.

เครื่องควบคุม PID ให้บริการเกือบทุกอุตสาหกรรมที่ต้องการการควบคุมความแม่นยํา

• ระบบควบคุมอุณหภูมิ:รักษาอุณหภูมิที่คงที่ในปฏิกิริยาเคมี, เตาแปรรูปอาหาร, และเตาผิงโลหะ
• การจัดการการไหล:ควบคุมการเคลื่อนไหวของของเหลวในท่อสําหรับระบบปรับปรุงน้ํามัน, เคมีและน้ํา
• ความดันคงที่:ป้องกันอุปกรณ์ในโรงไฟฟ้า การแปรรูปสารเคมี และการใช้งานด้านอากาศ
• ระบบควบคุมความเร็วของมอเตอร์:สามารถควบคุมการหมุนได้อย่างแม่นยํา ในหุ่นยนต์ เครื่อง CNC และรถไฟฟ้า
• การรักษาระดับของของเหลว:ป้องกันการไหลเวียนหรือหมดในถังเก็บของและปฏิกิริยา
• การปรับอารมณ์เครื่องบินสะดวกระดับการบินใน Drone และเครื่องบินที่มีคน

หลักการทางทฤษฎีของการควบคุม PID เกิดขึ้นในช่วงปี 1920 โดยนําไปใช้ในระบบอัตโนมัติทางเรือ ก่อนที่จะย้ายไปใช้ในระบบอัตโนมัติการผลิตอุปกรณ์ ดําเนิน ปนูเมติก แรก ได้ เปลี่ยน ไป เป็น เครื่องควบคุม อิเล็กทรอนิกส์, กับการนํามาใช้ในระบบดิจิตอล ที่กําลังเกิดขึ้นมาพร้อมกับความก้าวหน้าของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์

เครื่องควบคุม PID เป็นตัวหลักในการใช้งานในอุตสาหกรรม เนื่องจาก

• ความเรียบง่ายจําเป็นต้องมีแค่ 3 ปริมาตรที่สามารถปรับปรับได้ (อัตราการเพิ่มอัตรา, integral/derivative times)
• ความหลากหลาย:สามารถปรับเปลี่ยนได้ทั้งระบบเส้นตรงและไม่เส้นตรงผ่านการปรับปารามิเตอร์
• ความแข็งแรง:รักษาผลงาน แม้ปริมาตรการเปลี่ยนแปลงและความรบกวนภายนอก

อย่างไรก็ตาม ความท้าทายประกอบด้วย

• ความซับซ้อนของการปรับ:จําเป็นต้องมีความเชี่ยวชาญในการปรับปรุงปริมาตรฐานสําหรับระบบเฉพาะเจาะจง
• ขอบเขตการทํางาน:ความลําบากกับระบบที่ไม่เป็นเส้นตรงมาก, ที่มีความแตกต่างในเวลา, หรือระบบไดนามิกที่ซับซ้อน

ประสิทธิภาพของผู้ควบคุมผลมาจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่าง:

• การกระทําที่สัดส่วนการลดความผิดพลาดอย่างรวดเร็วผ่านการเพิ่มสัดส่วน (Kp) แม้ค่าที่เกินจะทําให้เกิดความไม่มั่นคง
• กิจกรรมรวมกําจัดความผิดพลาดที่เหลือผ่านการแก้ไขสะสม โดยมีเวลาอินทิกรัลที่สั้นกว่า (Ti) เร่งการแก้ไข แต่เสี่ยงที่จะเกิน
• กิจกรรมกําเนิด:ปรับความสั่นสะเทือนโดยตอบสนองกับแนวโน้มความผิดพลาด โดยมีเวลาอนุพันธ์ที่ยาวกว่า (Td) ช่วยเพิ่มความมั่นคง แต่เพิ่มความรู้สึกต่อเสียง

การปรับที่มีประสิทธิภาพจะสมดุลความเร็วในการตอบสนอง ความเร็วเกินความจํากัด และความมั่นคง

• วิธีการทัศนศึกษา:การปรับแบบมือ โดยใช้ความรู้ระบบ
• ทดลองและผิดพลาด:การทดสอบแบบซ้ําซ้ําของการผสมตัวพารามิเตอร์
• ซีกลเลอร์ นิโคลส์:กําหนดพาราเมตรผ่านการวัดช่วงการเพิ่มความสําคัญ / การสั่น
• อัตโนมัติการปรับการคํานวณพารามิเตอร์อัตโนมัติ โดยใช้การประกอบลักษณะระบบ

ความก้าวหน้าที่กําลังเกิดขึ้น ได้แก่

• การบูรณาการโลจิกไม่ชัดเจนการจัดการกับความไม่เป็นเส้นตรงและความไม่แน่นอนของระบบที่ใหญ่กว่า
• การปรับเปลี่ยนเครือข่ายประสาทการปรับปรุงพารามิเตอร์การเรียนรู้ด้วยตนเอง
• การควบคุมแบบคาดการณ์:การคาดการณ์ในอนาคตเพื่อเพิ่มความแม่นยํา
• สถาปัตยกรรมกระจาย:หน่วยควบคุมที่ไม่ตั้งทัณฑ์เพื่อการทํางานแบบยืดหยุ่น

ในขณะที่อุตสาหกรรมอัตโนมัติก้าวหน้า เครื่องควบคุม PID ยังคงพัฒนา