A PID deriváló kifejezés javíthatja a szabályozási hurok teljesítményét, de gyakran ennek ára van

A deriváló kifejezés a harmadik kifejezés a PID-en belül. Matematikai értelemben a deriválás szót egy görbe meredekségeként definiálják. A szalagdiagram adatainak kontextusában a derivált a hiba változásának mértékét jelenti – a folyamatváltozó (PV) és a beállított pont (SP) közötti különbséget. A PID-vezérlőn belüli arányos és integrált kifejezésekhez hasonlóan a derivált kifejezés is a hiba korrigálására törekszik. Bármennyire is értékes lehet a harmadik kifejezés a hatékony szabályozás fenntartásában, a tapasztalat azt mutatja, hogy a derivált megfelelő felhasználása nem teljesen egyértelmű.

A PID minden egyes kifejezésének célja, hogy kiegészítse a többit, és hozzáadott értéket adjon a folyamat dinamikájának szabályozásához. Míg az arányos kifejezés azt méri, hogy a PV “milyen messze” van az SP-től, és az integrál kifejezés összegzi a hibát annak meghatározására, hogy a PV “mennyi ideig” van távol az SP-től, a derivált kifejezés azt értékeli, hogy a folyamat hibája “milyen gyorsan” változik. Ahogy a hiba sebessége nő vagy csökken, úgy nő vagy csökken a derivált válasz nagysága is. A deriválásnak ez az aspektusa teszi ideálisvá bizonyos felhasználási célokra, de ugyanez a tulajdonsága teljesen alkalmatlanná teszi az ipari alkalmazások többségénél.

A deriválás használatának mérlegelésekor hasznos a következőket szem előtt tartani:

  • A mérés matematikája

Bár a “hiba szerinti deriválás” technikailag helyes, a “mérés szerinti deriválás” a PID-egyenlet megfelelőbb formája az ipari alkalmazásokhoz. Gyakorlati szempontból a “deriválás a hiba alapján” matematikához kapcsolódó matematika túlzott volatilitást eredményezhet – a vezérlő kimeneti viselkedésének tüskéit gyakran derivált rúgásnak nevezik. Ezzel szemben a “mérés szerinti deriválás” olyan érzékenységi szintet alkalmaz az SP változásaira, amely a gyakorlati alkalmazások számára megfelelőbb.

  • Turn Down the Noise

A zaj egy véletlenszerű hibaforrás a PV jelben. A zaj jelentős kihívást jelent a deriválás számára, mivel a PV-jel további, gerjesztett változékonysága ugyanolyan gerjesztett, deriválással vezérelt válaszokat eredményez a CO-ra. A végeredmény általában a kapcsolódó szabályozási hurok végső szabályozó elemének (FCE) túlzott elhasználódása. A legtöbb gyakorlati szakember számára a gyorsuló kopás és elhasználódás költsége meghaladja a deriválás alkalmazásával elért szabályozási hurok teljesítményének javulását.

  • A kis világ

Mivel a PV ingadozása gyakorlati kihívást jelent a deriválás számára, az ipari alkalmazások köre meglehetősen szűkké válik. A megfelelő hurkok közé tartoznak a hőmérséklet-szabályozásban használt hurkok, néhány pH-szabályozásban használt hurkok, valamint olyanok, amelyek nagyfokú tehetetlenséggel jellemezhetők. Az ilyen hurkok dinamikája lassú, és lehetővé teszik a deriválás megfelelő hibajavítását. A legtöbb más hurok – áramlás, nyomás, szint, stb. – túl dinamikus lehet, így a deriválás negatívan befolyásolja az FCE-t és más folyamatműszereket.

  • Túl nagy a bonyolultság

Míg egy csak az arányos és integrál tagokat használó szabályozó hangolása viszonylag egyszerű és egyértelmű, a deriválás hozzáadása megnehezíti a folyamatot. Egy harmadik változó hozzáadása exponenciálisan bővíti a lehetőségek sorát. Ennek eredményeképpen általában további tesztelésre van szükség, ami a korlátozott erőforrások pazarlását és termelékenységveszteséget eredményezhet. A legtöbbször a költségek meghaladják a hasznot. e kihívások ellenére a deriválás jelentős szerepet játszhat a szabályozási hurok teljesítményének javításában. A deriválás előnyeinek és hátrányainak értékeléséhez a különböző PID-tuning szoftvercsomagok szimulálják a szabályozó különböző formáinak (pl. P-Only, PI, PID és PID szűrővel) érzékenységét, és értékelik a kapcsolódó FCE-re gyakorolt hatást. Fontos azonban megjegyezni, hogy a legtöbb szabályozóhurok-tuning szoftvertermék nehezen tudja pontosan modellezni a zajos folyamatadatokat. Ez különösen igaz azokra a termékekre, amelyek frekvenciaalapú modellezést alkalmaznak.

A hozzáadott összetettség szempontjából hasznosak lehetnek a szabályozóhangolás legjobb gyakorlatairól szóló képzési workshopok. A legtöbb részletesen ismerteti a származtatással kapcsolatos kihívásokat, miközben bevált és gyakorlatias megoldásokat kínál. És ismét hasznosak lehetnek a kereskedelmi tuningszoftverek, amelyek enyhítik a hozzáadott nehézségeket. Különösen az egyik termék bizonyítottan képes kezelni a zajos, erősen oszcilláló folyamatdinamikát, és akár nyílt hurkú, akár zárt hurkú folyamatadatok felhasználásával jobb szabályozóhangolási paramétereket tud biztosítani.