Sistemele de control liniar utilizează o reacție negativă pentru a produce un semnal de control pentru a menține PV controlat la SP dorit. Există mai multe tipuri de sisteme de control liniar cu capacități diferite.
Control proporționalEdit
, unde ζ {\displaystyle \zeta }
este raportul de amortizare și ω n {\displaystyle \omega _{n}}
este frecvența naturală neamortizata.
Controlul proporțional este un tip de sistem de control cu reacție liniară în care se aplică o corecție variabilei controlate care este proporțională cu diferența dintre valoarea dorită (SP) și valoarea măsurată (PV). Două exemple mecanice clasice sunt supapa de proporționare a flotorului vasului de toaletă și regulatorul fly-ball.
Sistemul de control proporțional este mai complex decât un sistem de control pornit-oprit, dar mai simplu decât un sistem de control proporțional-integral-derivat (PID) utilizat, de exemplu, în cazul unui sistem de control al vitezei de croazieră a unui automobil. Controlul on-off va funcționa pentru sistemele care nu necesită o precizie sau o capacitate de reacție ridicată, dar nu este eficient pentru corecții și răspunsuri rapide și în timp util. Controlul proporțional depășește acest aspect prin modularea variabilei manipulate (MV), cum ar fi o supapă de control, la un nivel de câștig care evită instabilitatea, dar aplică corecția cât mai rapid posibil prin aplicarea cantității optime de corecție proporțională.
Un dezavantaj al controlului proporțional este că nu poate elimina eroarea reziduală SP-PV, deoarece necesită o eroare pentru a genera o ieșire proporțională. Un controler PI poate fi utilizat pentru a depăși acest inconvenient. Controlerul PI utilizează un termen proporțional (P) pentru a elimina eroarea brută și un termen integral (I) pentru a elimina eroarea reziduală de decalaj prin integrarea erorii în timp.
În unele sisteme există limite practice ale domeniului de variație al MV. De exemplu, un încălzitor are o limită a cantității de căldură pe care o poate produce și o supapă se poate deschide doar până la un anumit punct. Ajustarea câștigului modifică simultan intervalul de valori de eroare pe care MV se află între aceste limite. Lățimea acestui interval, în unități ale variabilei de eroare și, prin urmare, ale PV, se numește bandă proporțională (PB).
Exemplu de cuptorEdit
Când se controlează temperatura unui cuptor industrial, este de obicei mai bine să se controleze deschiderea supapei de combustibil proporțional cu nevoile curente ale cuptorului. Acest lucru ajută la evitarea șocurilor termice și aplică căldura mai eficient.
La câștiguri mici, se aplică doar o mică acțiune corectivă atunci când sunt detectate erori. Sistemul poate fi sigur și stabil, dar poate fi lent ca răspuns la schimbarea condițiilor. Erorile vor rămâne necorectate pentru perioade relativ lungi de timp, iar sistemul este supraamortizat. Dacă se mărește câștigul proporțional, astfel de sisteme devin mai receptive, iar erorile sunt tratate mai rapid. Există o valoare optimă pentru setarea câștigului atunci când se spune că sistemul global este amortizat în mod critic. Creșterile câștigului buclei dincolo de acest punct duc la oscilații în PV și un astfel de sistem este subamorsat. Reglarea câștigului pentru a obține un comportament critic amortizat este cunoscută sub numele de reglare a sistemului de control.
În cazul subamortizat, cuptorul se încălzește rapid. Odată atins punctul de setare, căldura înmagazinată în subsistemul de încălzire și în pereții cuptorului va menține creșterea temperaturii măsurate dincolo de ceea ce este necesar. După ce a depășit punctul de referință, temperatura scade și, în cele din urmă, se aplică din nou căldură. Orice întârziere în reîncălzirea subsistemului de încălzire permite ca temperatura cuptorului să scadă și mai mult sub punctul de setare și ciclul se repetă. Oscilațiile de temperatură pe care le produce un sistem de control al cuptorului subamortizat sunt nedorite.
Într-un sistem cu amortizare critică, pe măsură ce temperatura se apropie de punctul de referință, aportul de căldură începe să fie redus, rata de încălzire a cuptorului are timp să încetinească și sistemul evită depășirea. Suprasolicitarea este, de asemenea, evitată într-un sistem supraamortizat, dar un sistem supraamortizat este inutil de lent pentru a ajunge inițial la punctul de consemnare răspunde la modificări externe ale sistemului, de exemplu, deschiderea ușii cuptorului.
Control PIDEdit
Reglatoarele pur proporționale trebuie să funcționeze cu eroare reziduală în sistem. Deși regulatoarele PI elimină această eroare, ele pot fi totuși leneșe sau pot produce oscilații. Controlerul PID rezolvă aceste neajunsuri finale prin introducerea unei acțiuni derivative (D) pentru a păstra stabilitatea în timp ce capacitatea de reacție este îmbunătățită.
Acțiunea derivativăEdit
Derivativa se referă la rata de variație a erorii în timp: Dacă variabila măsurată se apropie rapid de valoarea de referință, atunci actuatorul este oprit mai devreme pentru a-i permite să ajungă la nivelul necesar; invers, dacă valoarea măsurată începe să se îndepărteze rapid de valoarea de referință, se aplică un efort suplimentar – proporțional cu această rapiditate – pentru a ajuta la deplasarea înapoi.
La sistemele de control care implică controlul mișcării unui obiect greu, cum ar fi un pistol sau o cameră de luat vederi pe un vehicul în mișcare, acțiunea derivativă a unui controler PID bine reglat îi poate permite acestuia să atingă și să mențină o valoare de referință mai bine decât majoritatea operatorilor umani calificați. Dacă acțiunea derivativă este aplicată în exces, poate duce, totuși, la oscilații.
Acțiune integralăEdit
Termenul integral amplifică efectul erorilor pe termen lung în regim staționar, aplicând un efort din ce în ce mai mare până când eroarea este eliminată. În exemplul cuptorului de mai sus care lucrează la diferite temperaturi, dacă căldura aplicată nu aduce cuptorul la punctul de reglaj, indiferent de motiv, acțiunea integrală deplasează din ce în ce mai mult banda proporțională în raport cu punctul de reglaj până când eroarea PV este redusă la zero și punctul de reglaj este atins.
Ramp up % per minuteEdit
Câteva controlere includ opțiunea de a limita „ramp up % per minute”. Această opțiune poate fi foarte utilă pentru stabilizarea cazanelor mici (3 MBTUH), în special în timpul verii, la sarcini ușoare. Un cazan de utilități „poate fi necesar ca o unitate să schimbe sarcina cu o rată de până la 5% pe minut (IEA Coal Online – 2, 2007)”.
Alte tehniciEdit
Este posibil să se filtreze semnalul PV sau de eroare. Făcând acest lucru poate ajuta la reducerea instabilității sau a oscilațiilor prin reducerea răspunsului sistemului la frecvențe nedorite. Multe sisteme au o frecvență de rezonanță. Prin filtrarea acelei frecvențe, se poate aplica o reacție globală mai puternică înainte de apariția oscilației, ceea ce face ca sistemul să fie mai receptiv fără a se scutura singur.
Sistemele de reacție pot fi combinate. În controlul în cascadă, o buclă de control aplică algoritmi de control la o variabilă măsurată față de o valoare de referință, dar apoi furnizează o valoare de referință variabilă unei alte bucle de control, mai degrabă decât să afecteze direct variabilele de proces. Dacă un sistem are mai multe variabile măsurate diferite care trebuie controlate, vor fi prezente sisteme de control separate pentru fiecare dintre ele.
Ingineria de control în multe aplicații produce sisteme de control care sunt mai complexe decât controlul PID. Exemple de astfel de domenii de aplicații sisteme de control al aeronavelor fly-by-wire, instalații chimice și rafinării de petrol. Sistemele de control predictiv modelat sunt proiectate folosind software specializat de proiectare asistată de calculator și modele matematice empirice ale sistemului care urmează să fie controlat.
.