De afgeleide term van de PID kan de prestaties van de regelkring verbeteren, maar vaak tegen een prijs

Derivaat is de derde term binnen de PID. In wiskundige termen wordt het woord derivaat gedefinieerd als de helling van een curve. Gezien in de context van strookgrafiekgegevens vertegenwoordigt de afgeleide de veranderingssnelheid van de fout – het verschil tussen de procesvariabele (PV) en het instelpunt (SP). Net als de proportionele en integrale termen in een PID regelaar, tracht de afgeleide term te corrigeren voor fouten. Hoe waardevol de derde term ook kan zijn voor het handhaven van een effectieve regeling, de ervaring leert dat de juiste toepassingen van de afgeleide term niet geheel duidelijk zijn.

Elke term van de PID tracht de andere aan te vullen en voegt incrementele waarde toe aan de beheersing van de procesdynamica. Terwijl de proportionele term meet “hoe ver” de PV van SP verwijderd is en de integrale term fouten optelt om te bepalen “hoe lang” de PV van SP verwijderd is geweest, beoordeelt de afgeleide term “hoe snel” de fout in het proces verandert. Naarmate de foutsnelheid toeneemt of afneemt, neemt ook de omvang van de afgeleide reactie toe. Dit aspect van afgeleide maakt het ideaal voor sommige toepassingen, maar hetzelfde kenmerk maakt het volkomen onpraktisch voor de meerderheid van industriële toepassingen.

Bij het overwegen van het gebruik van afgeleide is het nuttig om het volgende in gedachten te houden:

  • De wiskunde van meting

Hoewel “afgeleide op fout” technisch correct is “afgeleide op meting” is de meer geschikte vorm van de PID-vergelijking voor industriële toepassingen. Vanuit een praktisch standpunt kan de wiskunde die met “afgeleide op fout” wordt geassocieerd in bovenmatige volatiliteit resulteren – pieken in het gedrag van de Regelaaroutput die vaak als afgeleide kick worden bedoeld. In tegenstelling hiermee past “afgeleide op meting” een niveau van gevoeligheid toe op veranderingen in SP dat meer geschikt is voor praktische toepassingen.

  • Draai de ruis

Ruis is een willekeurige bron van fouten binnen het PV-signaal. Ruis vormt een belangrijke uitdaging voor de afgeleide, aangezien de extra, opgewekte variabiliteit in het PV-signaal resulteert in even opgewekte, door de afgeleide gestuurde reacties op de CO. Het eindresultaat is doorgaans buitensporige slijtage van het eindregelelement (final control element – FCE) van de bijbehorende regelkring. Voor de meeste vakmensen overtreffen de kosten van de versnelde slijtage elke verbetering in de prestaties van de regelkring die door het gebruik van derivaten wordt bereikt.

  • Een kleine wereld

Omdat de PV-volatiliteit praktische uitdagingen voor derivaten oplevert, wordt het scala van industriële toepassingen vrij smal. Geschikte lussen zijn die welke worden gebruikt bij temperatuurregeling, sommige die worden gebruikt bij pH-regeling, alsmede andere die kunnen worden gekarakteriseerd als lussen met een hoge traagheidsgraad. De dynamiek van dergelijke lussen is traag en zij maken het mogelijk afgeleide fouten op passende wijze te corrigeren. De meeste andere regelkringen – debiet, druk, niveau, enz. – kunnen te dynamisch zijn, zodat afgeleide instrumenten een negatieve invloed hebben op de FCE en andere procesinstrumentatie.

  • Te complex

Waar het afstellen van een regelaar met alleen proportionele en integrale termen relatief eenvoudig en ongecompliceerd is, maakt de toevoeging van afgeleide het proces moeilijk. De toevoeging van een derde variabele breidt het scala van mogelijkheden exponentieel uit. Als gevolg daarvan zijn gewoonlijk extra tests nodig, wat kan leiden tot verspilling van beperkte middelen en productiviteitsverlies. Ondanks deze uitdagingen kunnen afgeleiden een belangrijke rol spelen bij het verbeteren van de prestaties van de regelkring. Om te helpen bij de evaluatie van de voor- en nadelen van derivaten, simuleren verschillende PID tuning softwarepakketten de respons van de verschillende vormen van de regelaar (d.w.z. P-Only, PI, PID, en PID met filter) en beoordelen de impact op de bijbehorende FCE. Het is echter belangrijk op te merken dat de meeste softwareproducten voor het afstemmen van regelkringen moeite hebben met het accuraat modelleren van ruisende procesgegevens. Dat geldt met name voor producten die op frequentie gebaseerde modellering toepassen.

In termen van de toegevoegde complexiteit kunnen trainingsworkshops over best-practices voor het afstemmen van regelaars nuttig zijn. De meeste detail de uitdagingen van afgeleide terwijl het aanbieden van oplossingen die zowel bewezen en praktisch. En ook commerciële tuningsoftware kan nuttig zijn en de extra moeilijkheid verminderen. Van één product in het bijzonder is bewezen dat het overweg kan met lawaaierige, sterk oscillerende procesdynamica en dat het verbeterde regelaar-afstemparameters kan leveren met gebruikmaking van open-loop of closed-loop procesgegevens.