Einstellung der PID-Parameter

Im PID-Steuerungssystem gibt es drei Parameter: P, I und D. Nur wenn man die Bedeutung und Funktion dieser drei Parameter versteht, kann man die Parameter des Controllers einstellen, damit dieser eine optimale Steuerleistung erbringt. Changhui Instruments erklärt in diesem Artikel die Funktion der P-, I- und D-Parameter bei der PID-Steuerung. Proportionalwirkung: Ein proportionaler Regler ist im Grunde genommen ein Verstärker mit einstellbarer Verstärkung. Mit anderen Worten: △P = Kp × e. Dabei ist Kp der Proportionalfaktor. Dieser kann sowohl größer als 1 als auch kleiner als 1 sein ； e ist die Eingangssignale des Controllers, also der Unterschied zwischen dem gemessenen Wert und dem gewünschten Wert – auch als Abweichung bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, dass bei den meisten Simulationssteuerungen nicht der Proportionalitätsfaktor Kp als Skaleneinheit verwendet wird, sondern die Proportionalität selbst, d.h. δ=1/Kc×100%. Das bedeutet, dass die Proportionalität umgekehrt proportional zur Verstärkungskraft des Controllers ist ； Je kleiner die Proportionalität des Reglers ist, desto größer ist seine Verstärkungskraft und desto stärker kann er Abweichungen verstärken – und umgekehrt. Wenn man diese Beziehung versteht, wird klar, dass je größer das Verhältnis ist, desto kleiner ist die Verstärkungskraft des Reglers – und desto flacher ist die Kurve des zu steuernden Parameters ； Je kleiner die Proportionalität, desto größer ist die Verstärkungskraft des Reglers und desto stärker schwanken die Kurven der gesteuerten Größe. Ein Nachteil der proportionalen Regelung ist, dass ein Restfehler entsteht. Um diesen Restfehler zu überwinden, muss eine integrierende Wirkung eingeführt werden. Integrationsfunktion: Die Integrationsfunktion des Reglers dient dazu, die Restfehler im automatisierten Steuerungssystem zu beseitigen. Unter Integration versteht man die Akkumulation im Laufe der Zeit. Wenn also eine Abweichung e vorliegt, muss der Integrationsregler diese Abweichung im Laufe der Zeit stetig akkumulieren. Die Geschwindigkeit dieser Akkumulation ist dabei proportional zur Größe der Abweichung e sowie zur Integrationsgeschwindigkeit. Solange eine Abweichung e vorhanden ist, muss die Ausgabe des Integrationsreglers sich ändern. Mit anderen Worten: Die Integration wirkt stets – sie hört erst auf, wenn keine Abweichung mehr vorhanden ist. Bei einer konstanten Abweichung besteht die Essenz der Anpassung durch Integration darin, die Geschwindigkeit der Änderung der Steuerausgabe zu verändern. Diese Geschwindigkeit wird durch die Zeit bestimmt, die benötigt wird, damit die Ausgabe der Integration der Ausgabe der Proportionalregelung entspricht. Eine kurze Integrierungszeit bedeutet eine hohe Integrationsgeschwindigkeit, wodurch die Integrationswirkung stärker ist ； Umgekehrt: Je länger die Integrationsdauer ist, desto schwächer ist die Wirkung der Integration. Wenn die Integrierzeit unendlich groß ist, bedeutet das, dass keine Integrationswirkung stattfindet. In diesem Fall wird der Regler zu einem rein proportionalen Regler. Tatsächlich wird die Integrierungsfunktion selten allein verwendet; sie wird in der Regel zusammen mit der proportionalen Funktion eingesetzt. Dadurch hat man sowohl die Eigenschaft der proportionalen Funktion, Abweichungen zu vergrößern (oder zu verringern), als auch die Eigenschaft der Integrierungsfunktion, Abweichungen im Laufe der Zeit anzuhäufen – wobei die Wirkrichtung beider Funktionen identisch ist. In diesem Fall ist die Ausgabe des Reglers: △P = Ke + △Pi, wobei △P die Änderung des Ausgangswerts des Reglers darstellt ； Ke ist die durch die proportionalen Effekte verursachte Ausgabe ； △Pi ist die durch die Integration verursachte Ausgabe. Differenzierungsfunktion: Die Differenzierungsfunktion dient hauptsächlich dazu, die Verzögerung des zu steuernden Systems auszugleichen. Sie wird häufig in Temperatursteuerungen eingesetzt. Neben der Anwendung differenzierender Verfahren ist bei der Nutzung von Steuerungssystemen auf das Problem der Verzögerungen bei der Messung zu achten, wie beispielsweise bei der Auswahl der Temperaturmesselemente und deren Montageort. Um die drei Funktionen – Proportionalität, Integration und Differentialrechnung – leichter im Gedächtnis zu behalten, sind hier drei Reime zum Nachschlagen aufgeführt. Reim zur proportionalen Wirkung: Der proportionale Drosselregler ist wie ein Verstärker ； Eine Abweichung tritt auf, wird verstärkt ausgesendet ； Wie stark ist die Vergrößerung? Schauen Sie sich den Knopf genau an ； Die Skalierung ist hoch, die Vergrößerungskraft niedrig. Reim zur Integrationswirkung: Regler neu einstellen, durch Akkumulation Fähigkeiten erlangen ； Solange die Abweichung besteht, hört sich die Akkumulation nicht auf ； Akkumulation schnell und langsam, prüfen Sie den Knopf genau ； Lange Integrierungszeit, niedrige Akkumulationsgeschwindigkeit. Reim über die Differentialwirkung
Was den Differentialrechner betrifft, so ist daran nichts Geheimnisvolles ； Bei einem Schritt-Eingang springt die Ausgabe nach oben ； Ob der Abfall schnell oder langsam ist – schauen Sie sich den Knopf genau an ； Wenn die Differenzierungszeit lang ist, verläuft der Abfall langsamer.

Zuerst wird die zu steuernde Größe ausgewählt, anschließend eine Steuergröße, mit der diese zu steuernde Größe beeinflusst werden kann. Wenn es möglich ist, Störungen durch die Steuerung auszuschließen, reicht P aus. Falls die Steuerung instabil ist, wird ein I hinzugefügt, um die Störungen zu beseitigen. Wenn das immer noch nicht funktioniert, wird ein D hinzugefügt. Sollte auch das nicht helfen, muss man sich andere Steuerlösungen überlegen. Zunächst muss getestet werden, wie der Kreislauf funktioniert und ob die Ausrüstung in Ordnung ist.