کنترل انتگرالی و مشتق گیر:

كنترل انتگرالي :

يك كنترلر انتگرالي در گين هاي بسيار بزرگ جهت پايداري مناسب سيستم ميتواند به كار رود. هر چند كه گين هاي بزرگ در پروسس هاي ديناميكي مشكل مانند سيستم هاي زمان مرده كاربرد دارد.و خطاي پايدار در آنها غير قابل قبول است. در كنترل انتگرالي خطاي پايدار حذف و نيازي به راه اندازي دستي نمي باشد. ما بايد بررسي كنيم كه آيا كنترل انتگرالي ميتواند به تنهايي استفاده شود و يا بايد تركيبي با ديگر مدل هاي كنترل باشد. كنترل انتگرالي ، تناسبي بيشترين مد تركيبي ميباشد.

كنترل كننده مشتق گير :

انتخاب یک حالت کنترل

هنگامیکه یک مد کنترل صحیح را انتخاب میکنیم، باید یکسری ملاحظات به شرح ذیل در نظر گرفته شود:

• میزان دقت مورد نیاز و آفست قابل قبول برای سیستم
• نوع تغییرات بار، از جمله دامنه، فرکانس و مدت زمان آن
• ویژگیهای سیستم،مانند تعداد و مدت زمان تاخیر و سرعت پاسخ زیر سیستم ها
• پیش بینی وضعیت راه اندازی مجدد

در کل استفاده از ساده ترین حالت مورد نیاز پیشنهاد میشود، استفاده از یک حالت پیچیده ممکن است منجر به مشکلاتی در نصب و راه اندازی سیستم کنترل شود و سیستم را به جای  بهتر، ضعیف تر نماید. کنترل کننده در مد مشتق به طور معمول در سیستم های HVAC مورد نیاز نمی باشد، عملکرد آن بیشتر برای جلوگیری از پرش های ناخواسته (overshoot) است و فقط در برخی از دیگ های بخار از آن استفاده میشود. در زیر تعدادی از حالات کنترل در سیستم های تهویه یشنهاد شده است.

رفتار یک لوپ کنترل تحت تاثیر مستقیم تغییر شرایط توسط تنظیمات کنترل کننده میباشد. تنظیمات غلط یک کنترل کننده ممکن است منجر به بی ثباتی در سیستم شود.

تنظیم عملی کنترلر، روش اول

قبل از شروع تنظیمات کنترلرها، بهتراست تنظیمات دستی دستگاه بررسی شود . اگر این تنظیمات دستی نتیجه نامطلوب داشت ، تنظیم دستی Set-Point بین موقعیت های مختلف انجام میپذیرد و نتایج آن بررسی میشود.

• آیا پروسس نویز دار است : آیا در متغییر کنترل نوسانات سریع وجود دارد؟
• آیا پسماند قابل توجهی و یا عکس العملی سریعی در اکچویتور وجود دارد؟
• در کدام منطقه عملیاتی ، پروسس حساستر میباشد؟

در ابتدای کار موارد را به شرح ذیل تنظیم میکنیم.

در باند تناسبی : یک نقطه شروع محافظه کارانه برای باند کنترل تناسبی مقداری است برابر تغییرات در متغییر کنترل تولیدی که بوسیله آن 50% تغییر در خروجی وسایل ایجاد شود.

مد انتگرال : یک نقطه شروع محافظه کارانه برای مد انتگرال مقداری است برابر زمان ثابت لوپ باز(Open Loop)  که به عنوان قسمتی از ثابت زمانی میباشد و در مشخصات اکچویتور، سنسور و یا پروسس های  HVAC درج میگردد..

مد مشتق : زمانیکه تاخیر قابل توجهی در حلقه کنترل وجود داشته باشد به کار میرود . امتحان مقدار اولیه زمان مشتق معادل 50% زمان مرده حلقه کنترل میباشد.

زمان نمونه برداری : تنظیم بیش از 25% ثابت زمانی لوپ حلقه باز که بیشترین زمان نمونه برداری در بی ثباتی کنترل رخ میدهد.

در جدول زیر چند مقدار برای سیستم های مورد نیاز درج گردیده است و اگر اطلاعات کاملتری توسط سازنده ارائه گردد بر موارد زیر ارجح تر خواهد بود.

تنظیم عملی کنترلر، روش دوم

اگر سیستم را بتوان به صورت Offline راه اندازی نمود ؛ در اغلب موارد بهترین روش تنظیم PID ، ایجاد تغییرات گام به گام در ورودی و اندازه گیری خروجی به عنوان یک تابع از زمان و سپس با استفاده از این پاسخ  تعیین صحیح پارامترهای کنترلر خواهد بود.

اگر سیستم به صورت Online باقی بماند:

 روش اول تنظیم I و D  به میزان صفر تا خروجی P به صورت نوسانی افزایش یابد،سپس I را افزایش میدهیم تا حالت نوسانی متوقف شود . سرانجام D را برای رسیدن به مرجع مورد نظر با یک سرعت قابل قبول افزایش میدهیم. در تنظیم سریع یک حلقه PID معمولا نویز اندکی در رسیدن سریع به Set-Point خواهیم داشت. هرچند که این نویز برای بعضی از این سیستم ها قابل قبول نمی باشد. اثر تغییرات پارامترها را در جدول ذیل مشاهده میکنید.

روش دوم تنظیم پارامترها توسط مدل زیگلر، نیکول (Ziegler-Nichols method) میباشد .که توسط این دو شخصیت ابداع گردیده و امروزه یک روش پر کاربرد در تنظیمات PID در سیستم های کنترل است. همانطور که در روش بالا نیز شرح داده شده، در ابتدا میزان گین I و D را صفر قرار خواهیم داد. گین P را افزایش داده تا به نقطه بحرانی Kc برسیم که در این نقطه خروجی شروع به نوسان خواهد کرد. Kc و دوره نوسان Pc برای تنظیم گین ها به شرح ذیل استفاده میشوند.

 مراکز صنعتی مدرن از روش دیگری برای محاسبه متد شرح داده شده در بالا استفاده میکنند . نرم افزار تنظیم PID و نرم افزار  بهینه سازی حلقه برای اطمینان از نتایج مورد استفاده قرار میگیرند. این بسته نرم افزاری وظیفه جمع آوری داده ها، توسعه مدل های فرآیند ، و پیشنهاد تنظیم بهینه را بر عهده دارد .

کنترل کننده خود تنظیم :

روشهایی که در بالا برای تنظیم کنترل کننده های PID توضیح داده شد بر اساس تئوری استاندارد کنترل میباشد که مفروضاتی در مورد سیستم های کنترل خطی میسازد. در عمل روش تنظیم رسمی ممکن است دارای معایبی باشد:

تنظیم حلقه های کنترل در هنگام راه اندازی زمانبر است و ممکن است به سختی توسط تلاش افراد ماهر صورت پذیرد . و این امر دلیل تمایل مهندسان به کنترلرهای تنظیم شده در کارخانه میباشد که این کنترلرها بهینه و جذاب نخواهند بود.

در روش تنظیم کنترلر فرض کنیم که سیستم کنترل، خطی ودارای گین ثابت باشد. گین سیستم به احتمال زیاد وابسته به روز و سال متغییر خواهد بود. انتخاب درست شیر و یا دمپر و مشخصات آنها برای بهبود سیستم خطی کمک زیادی میکند. ولیکن این روش همیشه جوابگو نیست و برای رسیدن به یک سیستم خطی مناسب نیاز به عملیات بسیاری میباشد. بنابراین تعدادی از کنترل کننده های خود تنظیم به روش های گوناگون به شرح ذیل تولید شدند.

1. نرم افزار خودکار: تنظیم اتوماتیک بوسیله روش پاسخ کنترل و محاسبات تنظیمات کنترل بهینه انجام میشود و توسط مهندس مربوطه در لحظه راه اندازی و مواقع مورد نیاز فعال میشود. این روش هنگامیکه ویژگیهای سیستم ثابت باشد کاربرد دارد.
2. تکنیک های تطبیقی: در جایکه مشخصات عملیاتی سیستم کنترل متفاوت باشد، استفاده از گونه ایی از خود تنظیم کننده ها سودمند خواهد بود که به طور مستمر و دائم برای بهینه سازی تنظیمات کنترل عمل کرده وبه روش های زیر این کار را انجام میدهد:
   • برنامه ریزی بهره
   • کنترل تطبیقی

تنظیم خودکار: تعدادی از تولیدکنندگان دستگاه های کنترل  در کنترلرها امکان تنظیم خوردکار را قرار داده اند، نرم افزار داخل این کنترلر به صورت اتوماتیک، محاسبات پارامترهای کنترلر را با استفاد از مشاهده پاسخ دستگاه  تنظیم میکند . در تعدادی از سیستمهای HVAC بین حلقه های کنترل متفاوت اثر متقابل وجود دارد بنابراین در لوپ هایی که کمترین اثر متقابل با سایر حلقه ها را دارند میتوان از تنظیم خودکار استفاده نمود. استفاده از تنظیم کننده های خودکار باعث بهبود قابل توجه در عملکرد سیستم ها و کاهش قابل توجه از زمان راه اندازی خواهد شد.