Termenul derivat al PID poate îmbunătăți performanța buclei de control, dar adesea cu un cost

Derivata este cel de-al treilea termen din cadrul PID. În termeni matematici, cuvântul derivată este definit ca fiind panta unei curbe. Văzută în contextul datelor din graficul de benzi, derivata reprezintă rata de variație a erorii – diferența dintre variabila de proces (PV) și punctul de setare (SP). La fel ca termenii proporțional și integral din cadrul unui controler PID, termenul derivativ încearcă să corecteze eroarea. Oricât de valoros ar putea fi cel de-al treilea termen în menținerea unui control eficient, experiența sugerează că utilizările adecvate ale derivatei nu sunt pe deplin clare.

Care termen al PID-ului caută să îi completeze pe ceilalți și adaugă o valoare incrementală pentru controlul dinamicii procesului. În timp ce termenul proporțional măsoară „cât de departe” este PV de SP și termenul integral însumează eroarea pentru a determina „cât timp” PV a fost departe de SP, termenul derivat evaluează „cât de repede” se schimbă eroarea din proces. Pe măsură ce rata de eroare crește sau scade, la fel se întâmplă și cu mărimea răspunsului derivat. Acest aspect al derivatei o face ideală pentru unele utilizări, dar aceeași caracteristică o face complet nepractică pentru majoritatea aplicațiilor industriale.

Când se ia în considerare utilizarea derivatei este util să se țină cont de următoarele:

  • Matematica măsurării

Deși „derivata pe eroare” este corectă din punct de vedere tehnic „derivata pe măsurare” este forma mai potrivită a ecuației PID pentru aplicațiile industriale. Din punct de vedere practic, matematica asociată cu „derivata pe eroare” poate duce la o volatilitate excesivă – vârfuri în comportamentul ieșirii controlerului, deseori denumite „derivative kick”. În schimb, „derivata pe măsurători” aplică un nivel de sensibilitate la schimbările în SP care este mai adecvat pentru aplicațiile practice.

  • Reduceți zgomotul

Zgomotul este o sursă aleatorie de eroare în cadrul semnalului PV. Zgomotul reprezintă o provocare semnificativă pentru derivație, deoarece variabilitatea suplimentară, excitată în semnalul PV are ca rezultat răspunsuri la fel de agitate, determinate de derivație la CO. În mod obișnuit, rezultatul final este o uzură excesivă a elementului de control final (FCE) al buclei de control asociate. Pentru majoritatea practicienilor, costul uzurii accelerate depășește orice îmbunătățiri ale performanței buclei de control obținute prin utilizarea derivației.

  • O lume mică

Din moment ce volatilitatea PV prezintă provocări practice pentru derivație, gama de aplicații industriale devine destul de restrânsă. Buclele adecvate le includ pe cele utilizate în controlul temperaturii, unele utilizate în controlul pH-ului, precum și altele care pot fi caracterizate ca având un grad ridicat de inerție. Dinamica unor astfel de bucle este lentă și acestea permit derivației să corecteze în mod corespunzător erorile. Majoritatea celorlalte bucle – debit, presiune, nivel, etc. – pot fi prea dinamice, astfel încât derivata afectează negativ FCE și alte instrumente de proces.

  • Prea multă complexitate

În timp ce reglarea unui regulator folosind doar termenii proporțional și integral este relativ simplă și directă, adăugarea derivatei îngreunează procesul. Adăugarea unei a treia variabile extinde gama de posibilități în mod exponențial. Ca urmare, sunt necesare, de obicei, teste suplimentare, ceea ce poate irosi resurse limitate și duce la pierderi de productivitate. De cele mai multe ori, costurile depășesc beneficiile.În ciuda acestor provocări, derivata poate juca un rol semnificativ în îmbunătățirea performanței buclei de control. Pentru a ajuta la evaluarea avantajelor și dezavantajelor derivatei, diverse pachete software de reglare PID simulează capacitatea de reacție a diferitelor forme ale regulatorului (de exemplu, P-Only, PI, PID și PID cu filtru) și evaluează impactul asupra FCE asociat. Cu toate acestea, este important de remarcat faptul că majoritatea produselor software de reglare a buclelor de control se străduiesc să modeleze cu acuratețe datele de proces zgomotoase. Acest lucru este valabil în special pentru produsele care aplică modelarea bazată pe frecvență.

În ceea ce privește complexitatea suplimentară, pot fi utile atelierele de formare privind cele mai bune practici de reglare a regulatorului. Cele mai multe detaliază provocările de derivare, oferind în același timp soluții care sunt atât dovedite, cât și practice. Și, din nou, software-ul comercial de reglare poate fi util și poate atenua dificultatea suplimentară. Un produs în special s-a dovedit a fi capabil să gestioneze dinamici de proces zgomotoase și foarte oscilante și poate oferi parametri de reglare a regulatorului îmbunătățiți folosind fie date de proces în buclă deschisă, fie în buclă închisă.