PID Control for Dummies, karmaşık teknik kavramlara boğulmadan PID kontrolünü daha iyi anlamak isteyenler için tasarlanmıştır.
Enstrümantasyon alanında ister teknisyen ister öğrenci olun, bu makale sizi pid kontrolörü hakkında bilgi sahibi olmanız için yönlendirecek bir kaynak olmayı amaçlamaktadır.
Kontrolün kökenleri, PID'nin nasıl çalıştığı, farklı endüstrilerde PID kontrolünün önemi ve sürecinizi optimize etmek için ipuçları hakkında bilgi edineceksiniz.
PID düzenlemesini tarihine değinmeden tartışmak zordur. Nicolas Minorsky, 20. yüzyılın başlarında, kılavuz personelin sürekli çabalarına rağmen gemilerin sabit bir rotayı koruyamadığını gözlemlemiştir.
Bay Minorsky daha sonra bu ihtiyaca bir çözüm geliştirdi: istenen yön ile gerçek yön arasındaki farklardan yararlanarak dümeni ayarlayabilen ve daha yumuşak bir seyir sağlayan otomatik bir kontrolörün kullanılması.
Bu, PID kontrolünün doğuşunun temelini oluşturdu ve endüstriyel süreçlerin kontrolü üzerindeki etkisi büyük oldu.
Bir PID kontrolörünün nasıl çalıştığını kolayca anlamak için basit ve yaygın bir kontrol döngüsü örneğine bakalım - bir çömlek fırını.
Fırının içindeki sıcaklık sabit bir ayar noktasında, örneğin 800°C'de tutulmalıdır.
Basit bir açma/kapama kontrol sistemi yerine (fırın ya açılır ya da kapatılır), PID sıcaklık kontrolörü, fırının içindeki ürünün kalitesini bozabilecek herhangi bir sapmayı önlemek için bu sıcaklığı sabit tutacaktır.
Şöyle çalışıyor.
Kontrol sürecinin başlangıcı bir termokupl sıcaklık sensörü fırının içindeki sıcaklığı izler.
Bu sıcaklık ölçümü sıcaklık ayar noktası ile karşılaştırılır (bu örnekte 800°C).
Hata olarak bilinen bu iki değer arasındakifark, hatayı azaltmak için çıkış üzerinde bir düzeltme eylemi formüle eden PID kontrolörüne gönderilir.
Bu düzeltme üç fonksiyon veya büyüklüğün çarpımıdır: Oransal (P), İntegral (I ) ve Türev ( D ) terimleri birlikte PID (Oransal İntegral Türev) kısaltmasını oluşturur.
Oransal bant eylemi, hatanın oransal bir katsayı (Kp) ile çarpılmasına eşdeğerdir. Bu işlem kontrolör çıkışını hatayla orantılı olacak şekilde ayarlar. Dolayısıyla, hata veya bozulma büyükse, düzeltme de büyük olacaktır ve bunun tersi de geçerlidir.
İntegral eylem, geçmiş hataları biriktirerek ve bunları zaman içinde entegre ederek kalıcı hatayı ortadan kaldırmayı amaçlar. Bu eylem, çıkışı entegre hatanın bir fonksiyonu olarak ayarlayarak sistemi kademeli olarak ayar noktasına yaklaştırır. İntegral katsayısı (Ki) bu bileşenin etkisini belirler.
Türetilen eylem, hatanın değişim oranıyla ilgilidir. Bu öngörücü eylem, sistemin gözlemlenen eğilimlere dayanarak gelecekteki olaylara tepki vermesini sağlar. Türetilmiş katsayı (Kd) daha iyi kontrol için bu eylemin etkisini ayarlar.
Bir Oransal İntegral Türev kontrolörünün ayarlanması göz korkutucu görünebilir, ancak prosesinizin sorunsuz çalışmasını sağlamak için gereklidir. Ayar parametrelerinin her biri, P, I ve D, kontrolörün proses değerindeki değişikliklere nasıl tepki vereceğini etkiler.
Doğru ayarlar sisteminizin kararlılığını ve performansını önemli ölçüde artırabilir.
Ancak, kötü ayarlanmış ayarlar, tam tersine, salınımlara, aşırı uyarımlara ve düşük tepkilere yol açarak süreç kontrolünün kalitesini bozabilir.
Ziegler-Nichols yöntemi, bir PID kontrolörünün parametrelerini ayarlamak için iyi bilinen bir yaklaşımdır.
Bu yöntem, kararlılık sınırına ulaşana kadar oransal kazancı (Kp) ayarlayarak sistemin veya sürecin salınım yapmasını sağlamaktan oluşur.
Salınım periyodu ve kritik kazanç daha sonra optimum oransal (Kp), integral (Ki) ve türev (Kd) katsayılarını belirlemek için kullanılır.
Bu yöntem PID parametrelerinin ilk ayarlaması için uygun olsa da, kontrol sisteminin optimizasyonunun daha fazla ayarlama gerektirebileceğini unutmamak önemlidir. Bu ayarlamalar, istenen yanıta ve sürecin özel kısıtlamalarına bağlı olacaktır.
Sisteminizin doğasında istikrarsızlık veya gecikmeler, bozulmalar, dış baskılar vb. gibidiğer hakim sorunlar varsa, bir P, I, D kontrolörü bunları yalnızca yumuşatabilir, tamamen ortadan kaldıramaz. Bazen süreci yeniden tasarlamak faydalı olabilir.
Kapalı bir döngüde, sürecin mevcut durumu hakkındaki bilgiler sürekli olarak PID kontrolörüne geri beslenir.
Bu bilgiyi çıkışında bir düzeltme yapmak için kullanır ve böylece süreci ayar noktasına mümkün olduğunca yakın tutar.
Bu mekanizma, süreç değişkenlerinin yönetildiği hassasiyeti önemli ölçüde artırarak daha sıkı kontrol ve daha fazla istikrar sağlar.
Buna ek olarak, kapalı döngü sistemler, istenmeyen dalgalanmaları en aza indirerek harici bozulmalara karşı etkili bir katkı sağlar.
Açık/Kapalı, sistemin %100 açık ya da tamamen kapalı olduğu bir kontrol modunu ifade eder. Ara çalışma seviyeleri yoktur.
Kısacası, Açma/Kapama kontrolü basit, daha az zorlu uygulamalar için uygun olabilir. Ancak, özellikle endüstriyel ortamlarda veya kritik proseslerde hassas ve etkili sıcaklık kontrolü için PID kontrolü stabilite, enerji verimliliği ve ekipman koruması açısından önemli avantajlar sunar.
Oransal bant, oransal bir kontrolde kontrolörün kapalı durumundan tam güç durumuna (veya tam tersi) geçtiği değer aralığıdır. PID kontrolünün istenen değer ile mevcut değer arasındaki farka göre tepki veren kısmıdır. Fark ne kadar büyükse, yapılan düzeltme de o kadar büyük olur.
İntegral bant, PID kontrolünün zaman içinde biriken kısmıdır. Sapma ne kadar küçük olursa olsun devam ederse, bu düzeltme sapma düzeltilinceye kadar artmaya devam edecektir.
PID kontrolündekitürevsel eylem, sapmanın değişim hızına tepki veren kısımdır. Bu sapmanın geleceğini tahmin etmeye ve çok hızlı değişimleri en aza indirmek için önleyici bir düzeltme yapmaya çalışır.
PID kontrolörleri,ilaç endüstrisi, gıda endüstrisi (örneğin ekmek fırınları veya pizza fırınları), otomotiv endüstrisi (örneğin boya kabinleri) gibi çeşitli endüstrilerde, laboratuvarlarda (örneğin otomotiv malzemeleri testi), paketleme makineleri veya plastik işleme gibi özel makinelerde yaygın olarak kullanılmaktadır:
Ve diğer birçok uygulama ve sıcaklık kontrol sistemleri
Fuji Electric'te endüstriyel sıcaklık kontrol uzmanlarımız, sistemleriniz için ideal PID kontrolörlerini seçmenize yardımcı olmaya hazırdır. Kontrolörlerin devreye alınması sırasında parametre ayarlarının ince ayarını yapmanız için size yardımcı olacağız.
İster deneyimli bir profesyonel ister bu alanda acemi olun, ekibimiz PID kontrolünü işletmeniz için kontrol edilebilir, yüksek performanslı bir varlığa dönüştürmek için burada.
