Parameteroptimering

Efter att man säkerställt att reglerkretsen får den information som behövs från sin mätgivare och att givarsignalen är sann samt att styrdonet styr på rätt ställe och på ett tillfredsställande sätt kan man flytta fokus till regulatorn för att optimera denna, det som brukar kallas för parameteroptimering. Vanligen avses bara P-, I- och D-parametrarna men regulatorn innehåller fler parametrar som måste optimeras. Till dessa räknas bland annat samplingshastighet och dämpning.

Det är viktigt att veta hur reglerkarakteristiken ska vara innan parameteroptimeringen påbörjas. PID-parametrarna kan optimeras på flera olika sätt. Dels kan de optimeras genom att testa regleringen med en börvärdesändring och sedan justera parametrarna med ledning av reglerresultatet. Ett effektivt sätt att justera PID-parametrarna är att använda en optimeringsmetod. Det finns många olika optimeringsmetoder som har för- och nackdelar.

Några av de vanligaste optimeringsmetoderna är:

• Ziegler och Nichols självsvängningsmetod
• Lambda-metoden
• Ziegler och Nichols reaktionskurvemetod
• Chien-Reswick
• Cohen-Coon
   

Metoderna kan delas upp i två grupper:

• Frekvensmetoder (Ziegler och Nichols självsvängningsmetod)
• Stegsvarsmetoder (Lambda-metoden, Ziegler och Nichols reaktionskurvemetod, Chien-Reswick och Cohen-Coon)
   

Generellt kan man säga att stegsvarsmetoder är mer lämpliga för långsamma reglerkretsar och frekvensmetoden mer lämpad för snabbare.

Då stegsvarsmetoder används ska regulatorn vara i manuellt funktionstillstånd och vid frekvensmetoden ska den vara i automatik. Alla metoder stör på något sätt processen och alla metoder gör någon form av kretsidentifiering. Frekvensmetoden tar fram egensvängningsfrekvens och förstärkningsmarginal, och stegsvarsmetoderna tar fram systemförstärkning, tidskonstant och ”dödtid” eller reaktionshastighet och ”dödtid”.


En bra metod bör uppfylla följande krav:

• Ska ta hänsyn till alla komponenter i reglerkretsen.
• Ska kunna användas till både PI- och PID-reglering.
• Ska gå att tillämpa med de hjälpmedel som normalt finns i kontrollrummet.
• Störningarna som införs ska helst inte störa produktionen.
• Beräkningen av PID-parametrarna bör vara enkel och lättförståelig.
• Bör kunna användas på både snabba och långsamma system.
• Ska kunna användas på processer som inte är stabila i manuellt funktionstillstånd.
• Bör kunna användas för optimering vid både belastningsändringar och börvärdesändringar.
   

En metod som uppfyller de flesta av dessa krav är Ziegler-Nichols självsvängningsmetod. En mycket viktig aspekt när man ska använda en optimeringsmetod är att man har en praktiskt användbar beskrivning av hur metoden används. Delta-metoden (Δ-metoden) är en sådan praktisk anpassning av Ziegler-Nichols självsvängningsmetod.

Det viktiga är att få en kontrollerad självsvängning med en förutbestämd storlek. Detta uppnås genom att beräkna en börvärdesändring med följande formeln till höger.

Utförande i korthet:

1. Bestäm önskad ΔOUT och Fp (som väljs försiktigt).
2. Beräkna ΔSP.
3. Stäng av I- och D-funktionen (I = maxvärdet, D = 0).
4. Ställ in vald förstärkning Fp.
5. Inför börvärdesändringen ΔSP.
6. Studera trenden. Blir det självsvängning? Om inte ställ in en ny högre förstärkning. Beräkna ånyo ΔSP
7. Upprepa från punkt 5 tills självsvängning erhålls.
8. När självsvängning har erhållits mäts periodtiden för svängningen.
9. Beräkna PID-parametrarna enligt formlerna nedan