Comment régler les contrôleurs PID sur les processus d’autorégulation bitcoin kurs pln

Cet article a été écrit par James Beall, consultant principal en contrôle de processus chez Emerson Process Management, avec 34 ans d’expérience en contrôle de processus. Beall est membre de l’AIChE et de l’ISA, et président du comité ISA75.25 de l’ISA, Control Valve Dynamic Testing. Cliquez sur ce lien pour lire le premier article de blog dans cette série de réglage en boucle.

Les deux catégories de réponses de processus les plus courantes dans les processus de fabrication industrielle sont l’autorégulation et l’intégration. Une autorégulation traiter la réponse à un changement d’entrée d’étape est caractérisé par un changement de la variable de processus, qui se déplace et stabilise (ou s’autorégule) à une nouvelle valeur. Une réponse de processus d’intégration à un changement d’entrée d’étape est caractérisée par un changement de la pente de la variable de processus.


Du point de vue d’un contrôleur de processus proportionnel, intégral et dérivé (PID), la sortie du contrôleur PID est une entrée dans le processus.

La sortie du processus, la variable de processus (PV), est l’entrée du contrôleur PID. La figure 1 compare la réponse de la variable de processus à un changement d’étape de la sortie du régulateur PID pour un processus d’autorégulation et pour une réponse d’intégration.

Les réponses autorégulatrices sont très courantes dans l’industrie des procédés. De nombreux flux, pressions de liquides, températures et processus de composition sont auto-régulés. Dans le premier billet de cette série, j’ai présenté des techniques pour régler un contrôleur PID utilisé dans un processus d’intégration. Dans ce post, je vais présenter une méthode pour régler les contrôleurs PID sur les processus d’autorégulation. Défis

Indépendamment du réglage du contrôleur PID, les performances du contrôle sont limitées par les performances de l’instrumentation et de l’élément de contrôle final. Avant de régler un contrôleur, il est utile de comprendre le processus et de vérifier les performances de l’instrumentation et de l’élément de contrôle final, généralement une vanne de régulation. La valve de contrôle devrait avoir une petite zone morte et une résolution – un autre sujet de discussion! Il devrait avoir un gain de débit approprié et constant. Il devrait avoir un temps de réponse approprié aux exigences de performance du processus. La norme ANSI / ISA-75.25 et la spécification dynamique de valve de contrôle EnTech V3.0 sont d’excellentes sources d’information sur ce sujet. En outre, le schéma de contrôle doit être revu pour s’assurer qu’il s’agit d’un schéma de contrôle linéaire approprié pour l’application. Enfin, l’interaction de la boucle de contrôle à régler avec d’autres boucles de contrôle devrait être revue et comprise. L’agressivité souhaitée de l’accord de boucle doit être basée sur l’interaction de la boucle de contrôle avec d’autres boucles et les conséquences du mouvement de la boucle. sortie du contrôleur. Accord pour un processus d’autorégulation

Une méthodologie d’optimisation appelée lambda tuning répond à ces défis. La méthode d’accord lambda permet à l’utilisateur de choisir le temps de réponse en boucle fermée, appelé lambda, et de calculer l’accord correspondant. Le temps de réponse en boucle fermée lambda est choisi pour atteindre les objectifs de processus et les critères de stabilité souhaités. Cela pourrait conduire à choisir un petit lambda pour une bonne régulation de la charge, un grand lambda pour minimiser les changements dans la sortie du régulateur et une variable manipulée en permettant au PV de dévier du point de consigne, ou quelque part entre ces deux extrêmes. Plus important encore, le lambda de la boucle peut être utilisé pour coordonner les réponses de nombreuses boucles afin de réduire l’interaction et la variabilité.

Le réglage lambda pour les processus d’autorégulation peut entraîner une réponse en boucle fermée qui est plus lente ou plus rapide que le temps de réponse en boucle ouverte du processus. Bien que lambda soit définie comme la constante de temps en boucle fermée de la réponse du processus à un changement d’étape du point de consigne du contrôleur, la capacité de régulation de charge est également fonction du lambda de la boucle. La réponse à un changement de point de consigne d’étape et un changement de charge d’étape pour une réponse de processus autorégulée avec un accord lambda est montrée sur la figure 2.

Les réponses de processus autorégulatrices incluent généralement temps mort et peut généralement être approchée par une réponse de «premier ordre» ou de «second ordre». Cet article décrit la procédure d’optimisation lambda lorsque la réponse du processus peut être approximée par une réponse du premier ordre plus le temps mort. Le réglage lambda pour une réponse de second ordre et de temps mort sera abordé dans de futurs articles. Procédure

La figure 3 montre les paramètres dynamiques d’un processus d’autorégulation, de «premier ordre plus temps mort», qui comprend: temps mort (Td), en unités de temps; constante de temps (tau), en unités de temps; et le gain de processus (Kp), en unités de pourcentage de capacité PV du régulateur / pourcentage sortie du contrôleur envergure. Typiquement, plusieurs tests d’étape sont effectués; les résultats sont examinés par souci de cohérence; et la dynamique moyenne du processus est calculée et utilisée pour les calculs des paramètres d’accord. Si la sortie du contrôleur passe directement à une vanne de régulation, toute zone morte significative dans la vanne réduira le gain de processus si l’étape de sortie est une inversion de sens. Si la sortie du contrôleur cascades au point de consigne d’une boucle “esclave”, la boucle esclave doit être réglée en premier.

L’étape suivante consiste à choisir le lambda pour atteindre l’objectif de contrôle de processus souhaité pour la boucle – la marge de stabilité admissible et les changements attendus dans la dynamique du processus. Un lambda plus court produit un accord plus agressif et moins de marge de stabilité. Un lambda plus long produit un accord moins agressif et une plus grande marge de stabilité. Il n’est pas rare que la dynamique du processus, en particulier le gain de processus, varie de 0,5 à 2. Si le test dans différentes conditions révèle que la dynamique du processus change de manière significative, une marge de stabilité supplémentaire est nécessaire. Ou, la réponse du processus peut être “linéarisée” ou un réglage adaptatif peut être utilisé.

Si le changement potentiel dans la dynamique du processus est inconnu, commencer par lambda égal à trois fois la plus grande de la constante de temps ou de temps mort fournira la stabilité même si le temps mort double et le gain de processus double. S’il est souhaitable de coordonner la réponse des boucles pour éviter une interaction significative, le lambda des boucles en interaction peut être choisi pour différer d’un facteur trois ou plus. Pour les boucles en cascade, le lambda peut être choisi pour s’assurer que la boucle esclave de la paire en cascade a un lambda 1/5 ou moins de la boucle de commande principale.

Le lambda le plus bas recommandé pour un processus d’autorégulation du premier ordre plus le temps mort est égal au temps mort, bien que cela procure un gain et une marge de phase très faibles. Ainsi, une augmentation plus faible du temps mort ou du gain du processus peut provoquer une instabilité de la boucle.

La dernière étape consiste à calculer les paramètres d’accord à partir de la dynamique du processus. Il faut prendre soin d’utiliser des unités de temps cohérentes pour le temps mort et le lambda. Pour un premier ordre-plus-dead-time traiter la réponse (aucun retard ou avance significatif), les temps de gain et de réinitialisation du contrôleur sont calculés avec les équations suivantes. Le temps dérivé est mis à 0. Ces équations sont valables pour les formes standard (parfois appelées idéales, non interactives) et séries (parfois appelées classiques, interactives) de la mise en œuvre du PID. Notez que seul le gain du contrôleur change lorsque lambda (λ) change. Le temps intégral reste égal à la constante de temps quel que soit le lambda choisi.