DAFTAR ISI
97.1 Pendahuluan
b. Closed-Loop Responses
97.3 Mode Selection
a. Kontrol Proporsional
97.3 Mode Selection
a. Kontrol Proporsional
Kontroler PID (dari singkatan bahasa Inggris: Proportional–Integral–Derivative controller) merupakan kontroler mekanisme umpan balik yang biasanya dipakai pada sistem kontrol industri. Akronim PID adalah singkatan dari tiga mode utama pengendali. Sebuah kontroler PID secara kontinyu menghitung nilai kesalahan sebagai beda antara setpoint yang diinginkan dan variabel proses terukur. Kontroler mencoba untuk meminimalkan nilai kesalahan setiap waktu dengan penyetelan variabel kontrol, seperti posisi keran kontrol, damper, atau daya pada elemen pemanas. Persediaan cairan dan padatan, dan kualitas produk adalah contoh variabel terukur yang harus dikontrol untuk memenuhi tujuan di atas. Meskipun ada beberapa cara yang tersedia untuk mengendalikan variabelnya, keluarga pengendali PID secara historis membawa sebagian besar tanggung jawab ini dan, Karena kesederhanaan dan kehandalannya, akan terus berlanjut di masa depan. Hubungan matematis ditentukan setelah pengendali sudah diciptakan untuk memecahkan masalah proses-kontrol. Modus integral awalnya disebut reset otomatis, dan mode turunannya hiper-reset atau pra-tindakan.
Gambar berikut menjelaskan proses dan kontroler pada blok fungsional yang terhubung dalam satu loop. Masukan ke proses dimanipulasi pada m dan beban dengan Variabel q, biasanya laju aliran material atau energi masuk atau keluar dari proses bebannya Itu Mungkin satu variabel atau agregat, baik yang independen atau dimanipulasi atau dikendalikan oleh pengendali lain. Jika independen, seringkali tidak terukur, dengan nilai yang disimpulkan oleh tingkat output pengontrol yang diperlukan untuk menjaga variabel terkontrol pada titik setel.
Dengan tidak adanya kontrol otomatis, variabel yang dikendalikan tunduk pada variasi beban, dan untuk penyesuaian manual untuk m yang diperkenalkan oleh operator. Hal ini menyebabkan variasi c berada pada fungsi steady-state dan dynamic. Dalam loop terbuka, variasi dalam m adalah Kemungkinan langkah-langkah yang diperkenalkan oleh operator, namun variasi dalam q Bisa mengambil bentuk apapun. steps, ramps, variable acak , atau siklus tergantung pada sumber gangguan. Langkah mudah dikenalkan secara manual, dan berisi semua frekuensi dari nol sampai tak terhingga. Akibatnya, mereka berguna untuk mengevaluasi loop respon dan pengujian keefektifan pengendali. Kebisingan ditandai dengan variasi frekuensi secara acak rentang di atas bandwidth dari loop kontrol. Unsur dinamis biasanya terdiri dari deadtime dan lags.
Dalam loop tertutup, c merespon load dan set point. C akan mengambil jalan eksponensial mengikuti perubahan langkah dalam beban Loop tertutup, pengendali m bisa bergerak untuk kembali ke c untuk sampai ke r. Lintasan optimal yang memiliki kesalahan absolut minimum terintegrasi (IAE)
Keluarga pengendali PID mencakup P, I, PI, PD, dan dua pengendali PID. Masing-masing memiliki kelebihan tersendiri dan keterbatasan, dan karena itu pilihan aplikasi yang disukai. Masing-masing digariskan bersama dengan sebuah aplikasi.
Di sebuah pengendali, penyimpangan antara c dan r harus berubah agar output berubah.
m = b ± K( r - c)
Dimana b adalah bias yang dapat disesuaikan, juga dikenal sebagai "reset manual". pengendali proporsional memungkinkan keadaan mapan mengimbangi antara c dan r. Kontrol proporsional direkomendasikan untuk tingkat cair, di mana Kc bisa diatur cukup tinggi tanpa kehilangan stabilitas dan tidak ada penalti ekonomi untuk offset.
Integral control adalah integral mode menghilangkan offset dengan menggerakkan output pada tingkat yang sebanding dengan deviasi:
Dimana t waktunya, d adalah operator diferensial, dan I adalah pengaturan waktu integral. C adalah konstanta dari Integrasi, yaitu, nilai awal keluaran pengontrol saat ditempatkan secara otomatis. Beberapa pengendali memiliki waktu terpisahkan yang disesuaikan sebagai keuntungan integral atau "tingkat reset". Integrasi menghasilkan lag fase 90° antara input dan output, yang meningkatkan waktu respon dan periode osilasi loop. Pengontrol integral tidak bisa digunakan untuk level cair, karena dua integrator dalam bentuk seri loop tertutup tidak stabil. Penggunaannya terbatas untuk mengoptimalkan set point loop tertutup lainnya yang sudah stabil
Penyimpangan dan integralnya ditambahkan secara vectorially, menghasilkan lag fase yang tertinggal antara 0° dan 90°. Kombinasi ini memberikan stabilitas dengan eliminasi offset, menjadikannya pengontrol yang paling umum digunakan dalam industri pengolahan cairan. Ini digunakan hampir secara universal, bahkan dalam aplikasi.
Dimana D adalah pengaturan waktu turunannya. Tindakan derivatif sebaiknya diterapkan hanya pada c seperti yang ditunjukkan dan bukan pada titik setel, yang hanya akan meningkatkan overshoot set-point. Fungsi turunan murni memiliki Keuntungan dinamis meningkat tanpa batas waktu dengan frekuensi untuk menghindari ketidakstabilan di dalam controller, itu biasanya terbatas pada sekitar 10 penyaringan. Ini memberikan kombinasi responsif dan optimal.
Gambar pengontrol PID yang berinteraksi secara komersil.
Fase laju darivative lebih cepat daripada mengimbangi kelambatan fase integral pada PID yang disesuaikan dengan pengendalian yang benar, menghasilkan fase bersih dan biasanya setengah IAE pengontrol PI yang diterapkan sama prosesnya. Ada dua jenis pengendali PID yang umum digunakan, yang berbeda hanya pada cara modenya digabungkan. Pengendalian awal menggabungkan aksi PD dan PI secara seri. Pengontrol PID yang berinteraksi ini tetap digunakan secara umum, bahkan diimplementasikan secara digital. Pengendali noninteraktif menggabungkan mode integral dan turunan secara paralel, menghasilkan lebih banyak ekspresi PID secara matematis murni:
Controller yang berinteraksi dapat digambarkan dalam bentuk yang sama, namun koefisien dari masing-masing istilah. Integrasi dicapai dengan umpan balik positif dari keluaran melalui urutan pertama lag pada waktu yang tidak terpisahkan. Itu merupakan sinyal umpan balik f diambil di hilir dari batas tinggi dan rendah, dan dapat diganti dengan konstan atau variabel lain untuk menghentikan integrasi. Tindakan derivatif menggabungkan pembeda Ds dengan lag (filter) konstanta waktu. D mewakili kebalikan dari batas gain frekuensi tinggi.
Pneumatik pengendali proporsional pertama kali digunakan di awal abad ini, dengan integral dan kemudian fungsi turunannya ditambahkan sekitar tahun 1930. Pengendali pneumatik masih digunakan di daerah berbahaya, dan untuk tugas sederhana seperti mengatur suhu di gedung. Analis analog elektronik mulai mengganti pengendali pneumatik di akhir 1950-an, namun fungsinya diimplementasikan menggunakan mikroprosesor digital yang dimulai sekitar tahun 1980. Kontrol digital dimulai pada mainframe Pada tahun 1960an, namun kini tersedia pada programmable logic controllers (PLC), komputer pribadi (PC), dan dalam sistem kontrol terdistribusi (DCS)
Pengontrol pneumatik yang paling sederhana adalah unit proporsional yang digunakan untuk mengendalikan pemanasan, ventilasi, dan pengkondisian udara (HVAC) di gedung. Panelmount unit model tahan cuaca juga tersedia yang digunakan untuk pemasangan lapangan. Keterbatasan utama mereka adalah kecepatan respon yang dibatasi oleh jalur transmisi (panjang di atas 30 m tidak sesuai untuk aliran dan kontrol tekanan) dan kurangnya kemampuan komputasi (diperlukan untuk karakterisasi nonlinier dan otomatis penyetelan).
Pengendali elektronik pertama berdasarkan pneumatik terdahulu sambil menghilangkan transmisi kelambatan. Akhirnya remote auto-manual transfer dan tuning jarak jauh ditambahkan, dan mikroprosesor membawa perhitungan kontroler dan fungsi logika, pengkondisian dan karakterisasi sinyal, serta fitur auto-dan self-tuning juga ditambahkan. Beberapa pengendali bahkan tersedia di satu stasiun untuk menerapkan sistem kaskade dan umpan balik. Bandwidth pengendali analog elektronik meluas sampai 10 Hz, dan di beberapa unit lebih jauh lagi.
Pengontrol digital mengeksekusi perhitungan mereka hanya sebentar bukan terus menerus. Pengendali elektronik digunakan secara ekstensif di lokasi lapangan dan didedikasikan untuk dikendalikan oleh individu seperti pompa, pengering, fasilitas pengolahan air limbah yang hanya ada beberapa loop yang dibutuhkan. Komunikasi peer-to-peer tersedia di beberapa pengendali untuk digabungkan ke dalam jaringan, dan sebagian besar bias di setel dengan komputer pribadi dimana data bisa ditampilkan pada antarmuka grafis.
Sementara pengendali digital yang berdiri sendiri berevolusi dari model analog elektronik, pengendali digital terpusat berasal dari komputer digital. Komputer mainframe pertama kali digunakan untuk kontrol digital langsung (DDC) dimana katup dimanipulasi oleh komputer, dan untuk kontrol pengawasan, di mana komputer titik setel pengendali analog yang diposisikan. Secara bertahap minicomputer dan mikroprosesor menggantikan mainframe, dengan fungsi didistribusikan di antara modul input-output lapangan, workstation, kontrol
modul, dll
Pengontrol hanya seefektif penyetelannya, penyesuaian pengaturan PID relatif terhadap proses parameter untuk mengoptimalkan beban dan respon set-point. Tuning diperlukan ketika pengendali pertama ditugaskan pada satu loop, dan mungkin harus diulang jika parameter proses ubah dengan waktu, beban, titik setel, dll. Tuning memerlukan pengenalan gangguan baik pada loop terbuka atau tertutup, dan interpretasi respon yang dihasilkan. Autotuning dasarnya mengotomatisasi prosedur manual, sedangkan self-tuning dapat mengenali dan memperbaiki respons yang tidak memuaskan tanpa pengujian
Ziegler dan Nichols mengembangkan metode tuning efektif pertama, dan ini masih digunakan sampai sekarang. Mereka menggunakan metode loop terbuka dengan mengurai output pengontrol untuk menghasilkan respons. Waktu deadtime (delay) yang nyata dalam respon dan kemiringan kurva paling curam kemudian dikonversi ke pengaturan yang sesuai untuk pengendali PI dan PID dengan menggunakan rumus sederhana. Metode loop terbuka adalah paling akurat untuk proses lag-dominant, namun metode closed-loop lebih luas berlaku. Ini berdasarkan pada siklus yang seragam dengan menyesuaikan gain dari pengendali dengan hanya mode proporsionalnya yang efektif (D diatur ke 0 dan saya maksimum). Periode siklus dan gain kontroler kemudian digunakan untuk menghitung pengaturan PID yang sesuai. Metode loop terbuka telah diperluas ke proses lain, namun tetap terbatas pada keakuratannya dari hasil step-test Fine tuning harus dilakukan dengan loop tertutup: dengan penyimpangan nol, tempatkan Pengontrol secara manual, step output, dan segera transfer ke automatic. ini mensimulasikan closedloop perubahan beban Respon
Beberapa pengontrol autotuning menggunakan tes langkah di loop terbuka, menerapkan aturan Ziegler-Nichols. Sebuah pulsa tunggal menghasilkan identifikasi yang lebih akurat, dan pulsa doublet lebih baik lagi. Sebuah lingkaran tertutup mengganti metode cycling proporsional dengan cycling relay, dimana outputnya beralih antara tinggi dan batas rendah sebagai c salib r. Periode siklus yang dihasilkan digunakan untuk mengatur I dan D, dan amplitudonya relatif terhadap jarak antara batas output untuk mengatur Kc. Keterbatasan utama langkah dan relay Metode autotuning adalah hanya dua fitur respon yang digunakan untuk mengidentifikasi proses yang kompleks. Itu Perkiraan pengaturan PID mungkin tidak sesuai dengan proses spesifik dengan sangat baik, yang mengakibatkan ketidakstabilan pada beberapa loop. Fungsi autotuning tidak dapat memantau keefektifan kerjanya,sebagai self-tuning tidak.
Pengontrol self-tuning tidak perlu menguji prosesnya, namun cukup amati respons loop tertutup terhadap setpoint dan memuat perubahan dengan pengaturan PID saat ini. Kemudian melakukan fine-tuning seperti yang dijelaskan di atas. Lakukan overshoot atau redaman atau simetri dari kurva respons yang mendekati optimal. Ini mungkin membutuhkan beberapa iterasi jika pengaturan PID jauh dari optimal, namun pada akhirnya bisa menyatu respon optimal, dan menyesuaikan kembali sesuai kebutuhan kapanpun parameter proses berubah.
>>>FILE HTML<<<
Tidak ada komentar:
Posting Komentar