PID-säätimen automaattivirittäjän parantaminen algoritmimuutoksilla

Abstract

PID-säätimet ovat yksi eniten käytetyistä säätimistä automaatiotekniikan sovelluksissa. Säätöpiirin hyvän suorituskyvyn varmistamiseksi PID-säätimen viritysparametrit on määritettävä jokaiselle järjestelmälle yksilöllisesti. Jokaisen säätöjärjestelmän manuaalinen virittäminen on työlästä, joten viritysten tekemiseen käytetään usein automaattivirittäjää. OptoFidelityn servoohjaimien PID-säätimille on kehitetty automaattivirittäjä, jonka suorituskykyä pyrittiin tässä työssä parantamaan algoritmimuutoksilla. Automaattivirittäjän toiminta haluttiin optimoida tuotantomittauslaitteistoille. Työssä esitellään säätöpiirin halutut ominaisuudet, vaatimusmäärittelyt ja suorituskyvyn arviointikriteerit.

Työn mittauksilla tutkittiin automaattivirittäjän virityksien ja manuaalivirityksien toimintaa akselin kiihtyvyyden- ja sijaintitiedon kuvaajilla, sekä suorituskykyindekseillä. Säätöpiirin suorituskykyä tutkittiin vertailemalla automaattivirittäjällä saatavia ja huolellisella manuaalivirityksellä saatavia tuloksia keskenään. Suorituskykyvertailu paljasti, ettei automaattivirittäjällä saadut tulokset olleet tyydyttäviä vaatimusmäärittelyjen näkökulmasta. Vertailu osoitti myös sen, että automaattivirittäjän kuntofunktion painotuksen muuttamisella eri suorituskykyindeksien välillä ei ole mahdollista saavuttaa haluttua säätöpiirin suorituskykyä. Automaattivirityksen ja manuaalivirityksen välisestä parametrien erosta johdettiin sopivat algoritmimuutokset, joilla automaattivirittäjä laskee säätöpiirin suorituskykyvaatimuksia vastaavat viritysparametrit. Automaattivirttäjään tehdyt algoritmimuutokset ovat viritysparametrien muutoskertoimia.

Parannetun automaattivirityksen laskemia parametrien arvoja ja säätöpiirin suorituskykyä tutkittiin vertaamalla virityksiä manuaalivirityksellä saatavan piirin suorituskykykyyn. Tulokset osoittivat, että parannetun automaattivirittäjän viritykset paransivat säätöpiirin suorituskykyä. Parannettu automaattivirittäjä pystyi keskiarvoisesti tuottamaan virityksiä  7 % tarkkuudella verrattuna manuaalivirityksen parametreihin. Parametrien arvojen muutosprosenttien hajonta ei merkittävästi kasvanut.

Algoritmimuutosten toteuttaminen muutoskertoimilla osoittautui yksinkertaiseksi tavaksi parantaa säätöpiirin suorituskykyä, että yksinkertaisiksi toteuttaa automaattivirittäjäohjelmistoon. Työn tulokset ovat tyydyttäviä parannetun automaattivirittäjän käyttöönottamiseksi mittauslaitetuotantoon.