Il controllo PID, che sta per il controllo proporzionale - integrale - derivato, è un algoritmo di controllo ampiamente usato nelle unità a frequenza variabile (VFD). Come fornitore di VFD, comprendo il significato della configurazione corretta dei parametri di controllo PID per ottenere prestazioni ottimali in varie applicazioni. In questo blog, condividerò alcune intuizioni su come configurare questi parametri in un VFD.
Comprensione delle basi del controllo PID nei VFD
Prima di immergersi nel processo di configurazione, è essenziale capire cosa fa ogni componente dell'algoritmo di controllo PID in un VFD.
Il termine proporzionale (P) è proporzionale all'errore corrente tra il setpoint e la variabile di processo. Un guadagno proporzionale maggiore farà rispondere al sistema al sistema più rapidamente agli errori. Tuttavia, se il guadagno è troppo grande, può portare a superamento e instabilità.
Il termine integrale (i) accumula l'errore nel tempo. Aiuta ad eliminare l'errore di stato costante, il che significa che anche se c'è un piccolo errore costante, il termine integrale regolerà gradualmente l'output per avvicinare la variabile di processo al setpoint. Ma un grande guadagno integrale può far diventare instabile il sistema e può provocare oscillazioni.
Il termine derivato (d) si basa sul tasso di variazione dell'errore. Prevede errori futuri e aiuta a smorzare le oscillazioni e migliorare la stabilità del sistema. Tuttavia, il termine derivato è sensibile al rumore e un grande guadagno derivato può amplificare il rumore e causare instabilità.
Passaggio 1: stima dei parametri iniziali
Quando si avvia il processo di configurazione, è una buona idea avere alcune stime iniziali per i parametri PID. Molti VFD sono dotati di valori dei parametri PID predefiniti adatti per applicazioni generali. Questi valori si basano spesso su pratiche del settore comuni.
Per il guadagno proporzionale (KP), un punto di partenza comune è quello di impostarlo a un valore relativamente basso. Ciò consente al sistema di rispondere agli errori senza causare un superamento eccessivo. Una buona regola empirica è iniziare con un valore che dà una risposta moderata a piccoli errori.
Il tempo integrale (TI) può essere impostato inizialmente su un valore relativamente lungo. Un lungo tempo integrale significa che l'azione integrale sarà lenta, il che aiuta a evitare una correzione eccessiva.
Il tempo derivato (TD) può essere impostato su zero o un valore molto piccolo all'inizio. Poiché il termine derivato è sensibile al rumore, a partire da un piccolo valore riduce il rischio di amplificare il rumore e causare instabilità.
Passaggio 2: sintonizzare il guadagno proporzionale
Una volta che hai le stime iniziali, il passo successivo è quello di sintonizzare il guadagno proporzionale. Puoi farlo aumentando gradualmente il guadagno proporzionale osservando la risposta del sistema.
Inizia applicando una piccola modifica del passaggio al setpoint. Man mano che aumenti il guadagno proporzionale, noterai che il sistema risponde più rapidamente alla modifica del setpoint. Tuttavia, se il guadagno è troppo grande, il sistema supera il setpoint e potrebbe iniziare a oscillare.
L'obiettivo è trovare il valore del guadagno proporzionale che dà una risposta rapida senza un eccessivo superamento. È possibile utilizzare un oscilloscopio o le caratteristiche di monitoraggio del VFD per osservare la variabile di processo e l'output del VFD.
Passaggio 3: regolazione del tempo integrale
Dopo aver sintonizzato il guadagno proporzionale, è tempo di regolare il tempo integrale. Il termine integrale viene utilizzato per eliminare l'errore statale costante.
Se si verifica un errore costante tra il setpoint e la variabile di processo dopo la risoluzione del sistema, significa che l'azione integrale non è abbastanza forte. È possibile ridurre il tempo integrale per aumentare il guadagno integrale e accelerare l'eliminazione dell'errore statale costante.
Tuttavia, fai attenzione a non ridurre troppo il tempo integrale. Un tempo integrale molto breve può far diventare instabile il sistema e può portare a oscillazioni. Osservare la risposta del sistema mentre si regola il tempo integrale e trova il valore che elimina l'errore di stato costante senza causare instabilità.
Passaggio 4: Fine - Sintonizzazione del tempo derivato
Il termine derivato viene utilizzato per migliorare la stabilità del sistema e le oscillazioni smorzanti. Se il sistema è oscillante dopo aver sintonizzato i termini proporzionali e integrali, è possibile provare ad aumentare il tempo derivato.
Tuttavia, come accennato in precedenza, il termine derivato è sensibile al rumore. Quindi, inizia con un valore molto piccolo e aumentalo gradualmente mentre monitora la risposta del sistema. Noterai che quando aumenti il tempo derivato, le oscillazioni saranno ridotte. Ma se il tempo derivato è troppo grande, il sistema può diventare lento o può iniziare a rispondere in modo irregolare a causa dell'amplificazione del rumore.
Considerazioni pratiche
Nelle applicazioni reali - World, ci sono diverse considerazioni pratiche durante la configurazione di parametri di controllo PID in un VFD.
Caratteristiche di carico: Carichi diversi hanno caratteristiche diverse, come inerzia, attrito e smorzamento. Ad esempio, un carico di inerzia elevato richiederà una risposta più lenta e diversi parametri PID rispetto a un carico di inerzia basso. È necessario tenere conto delle caratteristiche di carico quando si ottiene i parametri PID.
Rumore e disturbi: Il rumore e i disturbi nel sistema possono influire sulle prestazioni del controllo PID. Come accennato in precedenza, il termine derivato è particolarmente sensibile al rumore. Potrebbe essere necessario utilizzare filtri o altre tecniche per ridurre l'impatto del rumore sul sistema.
Sicurezza e protezione: Quando si ottiene i parametri PID, è importante garantire che il sistema rimanga sicuro e protetto. È necessario impostare limiti appropriati per l'uscita del VFD per prevenire la corrente eccessiva, la tensione e altre condizioni pericolose.
I nostri prodotti VFD e le loro capacità PID
Come fornitore di VFD, offriamo una vasta gamma di prodotti adatti a diverse applicazioni. NostroDrive di frequenza per motore a tre fasiè progettato per fornire un controllo preciso per motori a tre fasi. Ha funzionalità di controllo PID avanzate che possono essere facilmente configurate per soddisfare i requisiti specifici dell'applicazione.
NostroVFD esternoè costruito per resistere a dure condizioni ambientali. Viene fornito con solidi algoritmi di controllo PID che garantiscono un funzionamento stabile anche in ambienti esterni impegnativi.
ILInverter DriveForniamo è noto per la sua alta efficienza e flessibilità. I parametri di controllo PID nelle nostre unità inverter possono essere sintonizzati per ottimizzare le prestazioni di vari tipi di carichi.
Conclusione
La configurazione dei parametri di controllo PID in un VFD è un passaggio cruciale per ottenere prestazioni ottimali. Comprendendo le basi del controllo PID, a partire dalle stime iniziali e accendendo attentamente ciascun parametro, è possibile garantire che il sistema VFD risponda in modo rapido, accurato e stabilmente.
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Riferimenti
- Ogata, K. (2010). Moderna ingegneria di controllo. Prentice Hall.
- Åström, KJ e Murray, RM (2010). Sistemi di feedback: un'introduzione per scienziati e ingegneri. Princeton University Press.