自動調整PID控制(PIDA)功能

應用說明:
PID控制方法是自動控制中常用的方式，廣泛運用在許多領域，但PID參數需依照控制元件/環境/負載/反饋時間等特性做調整。
大部分的狀況下都需仰賴工程人員的經驗及對控制系統的熟悉度，且若上述的控制要素後續有做較大的改變，則尚需重新調整，因此較大程度的限制了PID控制方法的適用性。

鑑於上述原因，許多控制設備廠商相繼推出了包括[自適應控制]、[自動PID調適]等功能來改善上述狀況。
AIRTEK作為長期研究開發自動化大樓控制的廠商，也常遇到各種包含溫度、壓力、液位、流量、風量等不同控制需求的場合，因此開發了自動調整PID控制(PIDA)功能，使工程師在面對不熟悉、不穩定的控制系統中，也可以簡單地完成穩定、快速的控制需求。



案例實績:
*以下為某醫院案件中的正壓控制測試實例:
案例背景說明:
a. 本控制案例利用變頻器控制風車進行室內正壓控制，變頻器最低為30Hz，最高輸出為60Hz；因此當控制器Output 0%時，仍有30Hz輸出，FB會保持在約250Pa；當控制器Output 100%時，為60Hz輸出，FB會落在約900 pa 左右。
b. 變頻器未做加減速的限制設定，因此從30Hz~60Hz或從60Hz~30Hz，幾乎均可在1個DDC cycle (1秒)內完成，具有及快速的輸出響應。
c. 回授部分非進入輸出控制器的Input點，而是透過BACnet MSTP(RS-485)通訊丟點，理論上有一定機率的FB延遲 (依實際通訊負載狀況)
d. 因屬於偵測壓力，當輸出越大，FB受到氣流擾動而造成的floating會越大。

在本案例中，首先使用一般PI控制，經工程師調適後，給定的Kp、Ki參數及控制結果如下圖:

在監控畫面中可見當設定值由200 pa改為500 pa時，PI控制使用約200秒到達設定點；其中工程師嘗試過調整Kp、Ki參數配置以令PI控制在FB、SP改變時可較快的到達設定值，但因為本案控制背景中具有 [輸出響應快]、[回授遲滯性]、[回授浮動大]等特性，因此若為令控制可較快速到達設定點而調高Kp、Ki參數，都會導致FB在設定點附近造成大幅度擾動的結果，因此經幾次調整後，上述為較適合的Kp、Ki參數設定值。

因PID控制無法取得滿意效果，改用PIDA控制器再測試，依照上述案例背景說明，直接給定:
HP [High FB Point @ 100% output] = 900  //系統回授高點
LP [Low FB Point @ 0% output] = 250     //系統回授低點
OT [Output time of 0% to 100% time required] = 1  //0~100% 輸出行程所需時間


再無增加其他調適動作下，可見當設定值由250 pa 改為 700 pa時，PIA控制器使用約55秒到達設定點穩定狀態，較原先的PID控制方法(經調整過後的最佳參數)之控制響應速度更快。
從上述實例說明PIDA控制功能有下列優點:
* 工程師僅需大致了解系統的0~100%的上下線限及輸出執行器的輸出行程即可設定，無須有PID調適經驗。
* 實際輸出量跟隨輸出命令非線性、且(因通訊)有些微遲滯的情形也可適用
* 系統加載、減載量在不同時間、不同設定點皆會改變的狀況 (反應時間不同)
* 系統FB、SP因單位(公制、英制)修改，加載卸載量變動 (外氣狀況、冰水溫度等)可透過外部程式動態輸入的HP、LP等設定令控制器達到自調整功能，無須因單位改變等狀況重新調適Kp、ki等參數
* 控制方向相反也無須做輸出反向或將FB<->SP對調，控制仍會依照最大/最小值的方向自動進行控制

使用時[搭配新DDC editor]提供的[PIA Function]控制器輸入下列參數，即可開始進行控制:

→ 進一步了解使用說明（ＰＤＦ）