Trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa công nghiệp, vòng điều khiển PID được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, chúng ta thường gặp phải nhiều loại dao động khác nhau, chẳng hạn như dao động-cùng pha, dao động lệch pha và dao động không{4}}êm. Những vấn đề này không chỉ dẫn đến sự mất ổn định của hệ thống mà còn có thể ảnh hưởng đến sự an toàn và hiệu quả của toàn bộ quá trình sản xuất. Bài viết này sẽ thảo luận về đặc điểm của ba loại dao động này và các biện pháp đối phó tương ứng để tham khảo.
I. Trong-Dao động pha
Trong-dao động cùng pha, biến quá trình và đầu ra của bộ điều khiển biểu hiện các điểm tăng, giảm và uốn giống nhau; hai đường cong tương tự nhau hoặc đối xứng. Loại dao động này thường được gây ra bởi các nhiễu loạn bên ngoài hoặc mức tăng tỷ lệ quá mức.
Giải pháp:Hãy thử giảm mức tăng theo tỷ lệ xuống một-một phần ba và quan sát xem liệu dao động có xấu đi hay không. Nếu dao động trở nên tồi tệ hơn, điều này cho thấy rằng sự cố có thể không phải do cài đặt thông số PID không đúng mà là do các nhiễu loạn bên ngoài. Trong trường hợp này, nên khôi phục các tham số và xác định nguồn gây nhiễu để điều chỉnh. Nếu dao động cùng pha và do độ lợi tỷ lệ quá mức gây ra, thì việc giảm độ lợi tỷ lệ xuống một-phần ba thường sẽ loại bỏ dao động.
II. Dao động lệch pha
Trong dao động lệch pha, biến quá trình và đầu ra của bộ điều khiển PID biểu hiện một cặp đỉnh và đáy, với hai đường cong tăng và giảm theo pha ngược nhau. Loại dao động này chắc chắn là do tích phân quá mức gây ra.
Giải pháp:Hãy thử đặt thời gian tích phân thành giá trị phù hợp với chu kỳ dao động. Đối với các hệ thống tự cân bằng, việc giảm mức tăng tỷ lệ xuống một-một phần ba sẽ loại bỏ các dao động lệch pha, mặc dù hiệu suất của vòng lặp kín có thể bị suy giảm đôi chút. Tuy nhiên, đối với các hệ thống tích hợp, việc giảm mức tăng theo tỷ lệ có thể dẫn đến các dao động-tần số--nghiêm trọng hơn, thấp hơn.
III. Dao động không{1}}êm
Trong dao động không trơn tru, biến quá trình và đầu ra của bộ điều khiển lần lượt biểu hiện sóng vuông và sóng răng cưa. Loại dao động này thường do tính phi tuyến của van điều khiển gây ra.
Giải pháp:Để giải quyết các dao động không{0}}trơn tru thường yêu cầu điều chỉnh van điều khiển, bao gồm bôi trơn, nới lỏng vòng đệm, làm thẳng thân van, điều chỉnh van thủ công hoặc van rẽ nhánh, điều chỉnh các thông số định vị và thay thế van. Trong những trường hợp như vậy, việc điều chỉnh các tham số PID thường vô ích và có thể gây nghi ngờ về tính hợp lệ của phương pháp điều chỉnh.
IV. Kết luận và khuyến nghị
Khi giải quyết các vấn đề về dao động trong vòng điều khiển tự động PID, trước tiên chúng ta nên xem xét việc giảm mức tăng tỷ lệ vì đây là phương pháp ưu tiên để giải quyết cả dao động cùng pha và lệch pha. Đối với các hệ thống tự cân bằng, điều khiển PI rất đơn giản, hiệu quả, mạnh mẽ và có thể áp dụng rộng rãi; đó là một lựa chọn tuyệt vời khi hiệu suất cao nhất không phải là ưu tiên hàng đầu. Đối với các hệ thống tự cân bằng-không ưu tiên hiệu suất cao nhất, việc kiểm soát PI rất đơn giản, hiệu quả, mạnh mẽ và có thể áp dụng rộng rãi. Đây cũng là lý do tại sao điều khiển PI được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Hiệu suất cuối cùng của bộ điều khiển PI phụ thuộc vào thông tin mô hình có sẵn của đối tượng được điều khiển. Để vượt xa hơn nữa hiệu suất vòng lặp khép kín cao nhất, các kỹ sư thường cải tiến kiến trúc hệ thống, chẳng hạn như bằng cách triển khai chuyển tiếp tiếp theo tầng hoặc thậm chí nâng cấp thiết bị. Về mặt học thuật, các nhà nghiên cứu thường tinh chỉnh các thuật toán PID, bù đắp những hạn chế về phần cứng bằng các thuật toán tốt hơn. Những yêu cầu như vậy hiếm khi gặp phải trong thực tế sản xuất; thường xuyên hơn, trọng tâm là giải quyết các dao động gây ra bởi các tham số không hợp lý và khả năng loại bỏ nhiễu không đủ. Việc sử dụng rộng rãi điều khiển vòng lặp đơn{15}}trong hiện trường cũng cho thấy rằng vẫn còn rất nhiều cơ hội để cải thiện khả năng tự động hóa! Cho dù liên quan đến hiệu suất vòng lặp đơn, việc sử dụng vị trí van và tính linh hoạt của điểm đặt hay tối ưu hóa sự phối hợp và ràng buộc nhiều biến, thì việc điều chỉnh PID chỉ là một phần công việc. Để nâng cao hơn nữa tính an toàn và hiệu quả, kiểm soát quy trình nên tập trung nhiều hơn vào các lĩnh vực này.
Trong điều khiển quá trình, rất khó có được các mô hình chính xác và độ trễ thuần túy là một hiện tượng phổ biến. Đây có thể là lý do tại sao, bất chấp sự xuất hiện liên tục của các thuật toán mới, PID vẫn-phổ biến trong điều khiển quá trình. PID, khi kết hợp với phản hồi, sẽ có sức mạnh đặc biệt! Một khi điều này được nhận ra, phương pháp điều chỉnh cụ thể sẽ trở nên ít quan trọng hơn; hiểu rõ các ranh giới ảnh hưởng đến hiệu suất-vòng kín và khả năng của PID là quan trọng hơn nhiều.