Mikä säätömuoto valitaan: P. PI vai PID?
| Sivusto: | KEUDA |
| Kurssi: | Verkkomateriaali - PROSESSIN OHJAUS |
| Kirja: | Mikä säätömuoto valitaan: P. PI vai PID? |
| Tulostanut: | Vierailija |
| Tulostettu: | keskiviikko 13. marraskuu 2024, 09.06 |
1. Miten säätimen ohjaus muodostuu?
Säädin laskee ohjauksen muokkaamalla erosignaalia E=A-M (=asetusarvo-mittaus). Muokkaus tapahtuu KAAVA -lohkon sisällä olevan matemaattisen kaavan avulla.
Mittaus, ja sen seurauksena ohjauksen laskeminen, tapahtuu tietyn aikavälein esim. kerran sekunnissa. Tällöin sanotaan, että säätöväli ∆t = 1 s.
Yksinkertaistettuna ohjaus lasketaan seuraavalla kaavalla:
OHJAUS=K*ero+1/I*(ero*∆t)+D/∆t*ero
Kaavassa K on vahvistuskerroin, I integrointiaika, D derivointiaika ja ∆t säätöväli. K, I ja D ovat ns. viritysparametreja, joita käyttäjä voi muuttaa.
2. P -säätö
Prosessinhoitaja voi määritellä, mitkä parametreista otetaan säätimeen mukaan eli mitä säätömuotoa käytetään.
OHJAUS=K*ero+1/I*(ero*∆t)+D/∆t*ero
Kun käytetään P -säätöä, otetaan kaavasta mukaan K*ero. I -osuus ja D -osuus jätetään pois asettamalla I:lle maksimiarvo ja D:lle arvo nolla.
=> OHJAUS=K*ero
Miksi I-arvon kasvattaminen pienentää sen vaikutusta ohjaukseen?
I-arvo vaikuttaa kaavassa nimittäjässä eli 1/I. Sen seurauksena vaikutus on tällainen, kun I saa arvot 10, 100, 1000:
1/I=1/10 = 0,1
1/100 = 0,01
1/1000 = 0,001
Ts. kun I -arvo kasvaa, 1/I pienenee ja siis 1/I*(ero*∆t) pienenee saavuttaen lopulta nollan.
Miksi I-arvon pienentäminen kasvattaa sen vaikutusta ohjaukseen?
Koska I-arvo vaikuttaa kaavassa nimittäjässä, sen vaikutus on seuraavanlainen, kun I saa arvot 10, 5, 1 ja 0,5 sekä 0,05:
1/I=1/10 = 0,1
1/5 = 0,2
1/1 = 1,0
1/0,5 = 2
1/0,05 = 20
Ts. kun I-arvo pienenee, 1/I kasvaa ja siis 1/I*(ero*∆t) kasvaa.
3. PI -säätö
Kun käytetään PI -säätöä, otetaan kaavasta mukaan P -osuus (K*ero) ja I -osuus (1/I*ero*∆t). Pois jätetään D asettamalla D:n arvoksi nolla.
=> OHJAUS=K*ero+1/I*(ero*∆t)
4. PD -säätö
Kun käytetään PD -säätöä, otetaan kaavasta mukaan P -osuus (K*ero) ja D -osuus (D/∆t*ero). Pois jätetään I asettamalla I:n arvoksi maksimiarvo.
=> OHJAUS=K*ero+D/∆t*ero
5. PID -säätö
Ja kun käytetään PID -säätöä, otetaan kaikki kolme termiä mukaan.
OHJAUS=K*ero+1/I*(ero*∆t)+D/∆t*ero
6. Miten säätömuodon valinta vaikuttaa säätötulokseen?
Prosessinhoitaja voi siis määrittää, mitä säätömuotoa käytetään. Säätömuodon valinnassa on huomioitava seuraavia seikkoja:
-
- P -säätimen heikkoutena on, että se jättää säätötulokseen pysyvän poikkeaman eli mittaus ei saavuta asetusarvoa.
- Jos säädössä ei voi hyväksyä pysyvää poikkeamaa (esim. lämpötila ei voi olla koko ajan yli asetusarvon, sillä se olisi öljyn tuhlausta), otetaan mukaan I -termi eli integrointiaika (PI). Se poistaa pysyvän poikkeaman.
- Jos prosessissa tapahtuu nopeita häiriöitä, niiden poistamiseksi otetaan käyttöön D -termi (PID tai PD). Tosin se ei paranna säätötulosta, kun tehdään asetusarvon muutos.
7. Säätimen viritys
Säätimen virityksellä tarkoitetaan sitä, että prosessinhoitaja hakee sopivat arvot termeille K, I ja D, joilla saadaan hyvä säätö.
-
- Viritys voidaan tehdään kokeilemalla tai laskennallisilla menetelmillä.
- Säätimen toimintaa, onko ns. hyvä säätö, testataan yleisimmin ns. askelhäiriön avulla.
Ts. säädin laitetaan automaatille => tehdään asetusarvoon muutos => ja seurataan miten mittaus reagoi tilanteeseen! 
8. Millaisia arvoja prosessinhoitaja voi säädintä virittäess...
Termien K, I ja D suuruudella on suuri merkitys, sillä jos ...
- K:n arvo on liian suuri, ohjaus toimilaitteelle on aina liian suuri ohjaten esim. säätöventtiiliä ääriasennosta toiseen => mittaus huojuu (kuva 1)
- K:n arvo on liian pieni, ohjaus toimilaitteelle on liian pieni (esim. venttiili avautuu/sulkeutuu vain vähän) => mittaus jää kauas asetusarvosta (kuva 2)
9. ... jatkuu...
Termin I suuruudella on suuri merkitys, sillä jos ...
- I:n arvo on liian suuri, jää säädöksi pelkkä P -säätö ja pysyvää poikkeamaa ei saada pois (HUOMAA, I nimittäjässä). (Kuva 1)
- I:n arvo on liian pieni, ohjaus toimilaitteelle on liian suuri ohjaten esim. säätöventtiiliä ääriasennosta toiseen => mittaus huojuu (HUOMAA, I on nimittäjässä). (Kuva 2)
10. ... jatkuu
Termin D suuruudella on suuri merkitys, sillä jos ...
- D:n arvo on liian pieni, sillä ei ole ohjaukseen mitään merkitystä.
- D:n arvo on liian suuri, ohjaus lähtee sahaamaan ylösalas ja termin lisäys ei paranna säätötulosta.
