Làm cách nào để điều chỉnh bộ điều khiển PID thành quy trình phi tuyến?
Bạn không. Bạn tuyến tính hóa quá trình, sau đó để bộ điều khiển PID hoạt động trên các giá trị tuyến tính.
Bằng cách "tuyến tính hóa quá trình", tôi không có nghĩa là thực sự biến quá trình thành tuyến tính. Điều đó thường không thể được thực hiện do vật lý. Tuy nhiên, bạn có thể đặt một cái gì đó phi tuyến tính giữa đầu ra của bộ điều khiển PID và đầu vào quá trình để đầu ra PID điều khiển tuyến tính quá trình theo quan điểm của bộ điều khiển PID.
Một bộ tuyến tính hóa như vậy không cần phải rất chính xác vì nó nằm trong vòng phản hồi. Mục đích của nó là mang lại sự xuất hiện của mức tăng gần như không đổi trên phạm vi động điều khiển. Một cách đơn giản và tổng quát là một hàm dựa trên bảng tuyến tính mảnh khôn ngoan. 16 hoặc 32 phân đoạn thường là đủ cho bất cứ điều gì nhưng các quá trình phi tuyến tính rất cao.
Ví dụ tồi tệ nhất mà tôi gặp phải là điều khiển dòng điện qua ống điện tử bằng cách thay đổi độ cứng của dây tóc catốt. Chức năng của nhiệt độ catốt đối với dòng tia điện tử là rất phi tuyến tính, và hệ thống kiểm soát dòng dây tóc catốt cũng hơi phi tuyến tính. Trong trường hợp này, quá khó để dự đoán toàn bộ sự lộn xộn này, vì vậy tôi đã sử dụng một quy trình hiệu chuẩn trong quá trình sản xuất để vượt qua các giá trị điều khiển dây tóc, đo dòng tia cho mỗi, sau đó tính toán bảng tra cứu 32 đoạn từ đó. Nó hoạt động rất tốt và chúng tôi có thể điều chỉnh bộ điều khiển PID dòng tia để đáp ứng tốt trên toàn bộ phạm vi.
Nếu không có chức năng tuyến tính hóa trước quy trình, bạn phải điều chỉnh bộ điều khiển PID để ổn định tại điểm tăng cao nhất của quy trình. Điều này sau đó dẫn đến hành vi rất ẩm ướt ở các điểm khác.
Thêm
Không có gì trong câu hỏi cập nhật của bạn nói bất cứ điều gì về lý do tại sao phương pháp trên vẫn không phải là một ý tưởng hay và có thể áp dụng. Bạn nói rằng bạn đang sử dụng một bộ điều khiển tương tự. Phản ứng đầu tiên của tôi là "Những năm 1980 đã qua lâu rồi, đừng làm thế." Tuy nhiên, bộ điều khiển PID và bộ tuyến tính hóa thực vật có thể độc lập.
Rõ ràng đầu vào của nhà máy là năng lượng và đầu ra là nhiệt độ. Đo nhiệt độ trạng thái ổn định điển hình ở một loạt các mức công suất. Từ đó bạn có thể tính toán hàm chuyển đổi "công suất" được tuyến tính hóa thành đầu vào công suất thực tế của nhà máy. Bộ điều khiển PID tương tự có lẽ đặt ra một điện áp tỷ lệ thuận với công suất. Tất cả những gì bạn phải làm là chèn một hộp đen phù hợp với điện áp đó thực hiện phép đo tuyến tính để dịch mức năng lượng thực tế.
Thông thường bạn sẽ làm điều này với một vi điều khiển có A / D tích hợp. Thực hiện tra cứu bảng này và nội suy tuyến tính giữa các điểm là chuyện nhỏ. Sau đó, nó đưa ra kết quả theo cách cuối cùng được chuyển đổi thành điện áp. Do nhà máy hoạt động chậm so với vi điều khiển, điều này có thể dễ dàng như lọc và đệm một đầu ra PWM. Hoặc bạn có thể lái D / A trực tiếp, mặc dù điều đó không có vẻ cần thiết trong trường hợp này.
Để phù hợp với chủ đề thập niên 1980 của bộ điều khiển của bạn, bạn có thể thực hiện điều này với A / D, bộ nhớ và D / A cho cảm giác retro đó.
Trong mọi trường hợp, bộ điều khiển PID hiện đang điều khiển hiệu quả một nhà máy tuyến tính theo như nó biết, và điều chỉnh nó thành hiệu suất tốt là điều có thể.
Thực hiện chuyển đổi tuyến tính từng phần trên đầu vào của nhà máy ở một nơi dễ dàng hơn so với điều chỉnh 3 giá trị bên trong bộ điều khiển PID trên phạm vi đầu ra. Cái sau là một loại bùn, trong khi cái trước trực tiếp giải quyết vấn đề. Việc đo dữ liệu cho hàm tuyến tính hóa cũng dễ dàng hơn rất nhiều so với việc xác định mức tăng P, I và D tại các điểm khác nhau. Ngay cả khi bạn đã làm điều đó, bạn vẫn có những vấn đề nhất thời, vì lợi ích đúng đắn không được áp dụng ngay lập tức vào tình huống. Một lần nữa "lập kế hoạch đạt được" là một loại bùn.