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Réalisation d'un contrôleur PID d'ultra haute précision à 0,1 % dans l'industrie et analyse de ses paramètres clés
1. Qu'est-ce qu'un régulateur de pression proportionnel ?
Dans le domaine industriel, un contrôle ultra-précis des paramètres du procédé tels que la température, la pression du vide et le débit est souvent requis. La précision de contrôle dans le domaine industriel est divisée en haute précision (1 %) et ultra-haute précision (0,1 %). Dans les laboratoires de haut niveau et les étalonnages en métrologie, une précision de contrôle supérieure à 0,05 % est souvent requise.
Pour un système de contrôle PID complet, la boucle de contrôle typique est une forme en boucle fermée, comme le montre la figure 1.
Comme le montre la figure 1, dans le système de contrôle PID en boucle fermée, les capteurs et les actionneurs sont essentiellement externes, qui peuvent être sélectionnés en fonction de différents paramètres de contrôle et exigences de précision. Dans les applications industrielles, le contrôleur PID doit essentiellement être un instrument de contrôle indépendant, c'est-à-dire que le contrôleur PID industriel intègre essentiellement le convertisseur analogique-numérique ADC, le microcontrôleur MCU et le convertisseur numérique-analogique, comme le montre la figure 1. .
Dans certaines occasions de mesure et de contrôle de plus haute précision, tels que le domaine de la mesure et de l'étalonnage, afin d'améliorer la précision du contrôleur PID, un système de contrôle PID avec une structure discrète est généralement utilisé, c'est-à-dire le système analogique-numérique. convertisseur ADC et microcontrôleur du contrôleur PID sur la figure 1. Le MCU et le convertisseur numérique-analogique sont remplacés par des instruments spéciaux avec une plus grande précision. Par exemple, le convertisseur analogique-numérique ADC est remplacé par un voltmètre numérique à six et demi (voire sept et demi), et le microcontrôleur MCU est remplacé par un ordinateur ou un micro-ordinateur monopuce. Le convertisseur numérique-analogique est remplacé par un compteur source numérique à six chiffres et demi. Bien que le système de contrôle PID de ces composants puisse améliorer efficacement la précision du contrôle, le coût et le volume globaux sont considérablement améliorés et il ne convient pas au contrôle dans les applications industrielles.
Cet article se concentre principalement sur l'instrument de contrôleur PID intégré utilisé dans les applications industrielles et présente plusieurs indicateurs techniques clés impliqués dans la réalisation d'un contrôle d'ultra-haute précision à 0,1 % du point de vue des applications d'ingénierie, ce qui aidera l'ultra-haute précision. processus de contrôle de processus dans les applications industrielles de mise en œuvre et de sélection de contrôleurs PID.
2. Analyse des indicateurs techniques clés du contrôleur PID de très haute précision
Afin d'atteindre le contrôle de très haute précision du contrôleur PID supérieur à 0,1 %, ces trois composants doivent répondre aux indicateurs techniques et aux exigences fonctionnelles correspondants pour atteindre respectivement les fonctions de mesure, de calcul et de contrôle de haute précision.
(1) Précision des mesures
La précision de mesure du contrôleur PID se réfère principalement à l'acquisition de l'entrée du capteur externe par le contrôleur, c'est-à-dire à la précision de conversion du convertisseur analogique-numérique ADC. Le sperme d'un ADC est divisé en grades 8, 12, 16 et 24. Par conséquent, l’indicateur technique clé de la précision des mesures du contrôleur PID est cet ADC.
Prenons comme exemple une tension continue avec une plage d'entrée de signal PID de 0 ~ 10 V. La figure 2 répertorie la tension minimale mesurable correspondant aux différents bits de l'ADC.
Selon la capacité de tension minimale mesurable des différents bits de l'ADC illustrée à la figure 2, les bits de l'ADC requis pour atteindre une précision de mesure de 0,1 % pour différentes valeurs de tension du signal du capteur peuvent être calculés, comme le montre la figure 3. De plus, la sélection des chiffres de l'ADC peut être déterminé en fonction des exigences de précision du contrôle réel, et il est extrêmement acceptable de répondre aux exigences techniques. Après tout, plus les chiffres AD sont élevés, plus la précision est élevée. Cependant, plus l'instrument contrôleur PID est cher, plus la vitesse d'acquisition correspondante est lente.
(2) Précision du contrôle
La précision du contrôle du contrôleur PID se réfère principalement à la précision de la sortie analogique du contrôleur vers l'actionneur externe. Plus le nombre de chiffres est élevé, plus la précision de l'acquisition est élevée.
(3) Précision arithmétique en virgule flottante
La précision du test et la précision du contrôle impliquent la précision de la partie matérielle du contrôleur PID. Pour garantir véritablement la précision globale du contrôle du contrôleur PID, il inclut également la précision de calcul du logiciel de l'unité de microprocesseur MCU utilisée par le contrôleur, c'est-à-dire la précision de fonctionnement dite à virgule flottante. Prenons comme exemple le pourcentage de sortie dans le contrôleur PID, comme le montre la figure 2, le pourcentage de sortie minimum pour les opérations à virgule flottante 8 bits est de 1 % et le pourcentage de sortie minimum pour les opérations à virgule flottante 10 bits et 12 bits. est de 0,1%. Pour atteindre une précision de contrôle totale supérieure à 0,1 %, il faudra nécessairement utiliser des opérations à virgule flottante 14 bits et 16 bits afin que le pourcentage de sortie minimum soit de 0,01 %. C'est-à-dire que plus il y a de bits d'opération à virgule flottante, plus le pourcentage de sortie est faible. Plus la sortie de contrôle est fine, plus la précision de contrôle correspondante est élevée.
3. Analyse des cas de contrôle de pression
Nous utilisons un cas de contrôle de pression pour démontrer l'influence de la précision de contrôle du régulateur de pression proportionnel de KAOLU sur l'effet de contrôle. Dans ce cas, le but de notre expérience est de contrôler avec précision la pression dans une plage de 0 à 6 bars (pression manométrique) pour atteindre une précision de contrôle de 0,1 %. La structure de l’ensemble du dispositif expérimental est présentée à la figure 4.
4. Conclusion
Grâce à l'analyse ci-dessus et à la vérification expérimentale du boîtier de contrôle de pression, l'instrument de contrôleur PID intégré industriel doit répondre aux indicateurs techniques suivants afin d'atteindre une précision de contrôle de 0,1 % :
(1) Le capteur externe doit avoir une ultra-haute précision supérieure à 0,1 %.
(2) L'actionneur externe doit également avoir une haute précision, mais il ne nécessite pas nécessairement une ultra-haute précision de 0,1 %.
(3) Le nombre de bits ADC du contrôleur PID doit être d'au moins 16 bits, et le meilleur est de 24 bits. (4) Le fonctionnement en virgule flottante du contrôleur PID doit garantir que le pourcentage de sortie a une capacité d'ajustement de 0,01 % à 0,05 %.
(5) Le nombre de bits DAC du contrôleur PID doit atteindre au moins 14 bits, et le meilleur est 16 bits.
Voulez-vous en savoir plus surRégulateur de pression proportionnel de KAOLU? Alors visitez notresite web!
1. Qu'est-ce qu'un régulateur de pression proportionnel ?
Dans le domaine industriel, un contrôle ultra-précis des paramètres du procédé tels que la température, la pression du vide et le débit est souvent requis. La précision de contrôle dans le domaine industriel est divisée en haute précision (1 %) et ultra-haute précision (0,1 %). Dans les laboratoires de haut niveau et les étalonnages en métrologie, une précision de contrôle supérieure à 0,05 % est souvent requise.
Pour un système de contrôle PID complet, la boucle de contrôle typique est une forme en boucle fermée, comme le montre la figure 1.
Comme le montre la figure 1, dans le système de contrôle PID en boucle fermée, les capteurs et les actionneurs sont essentiellement externes, qui peuvent être sélectionnés en fonction de différents paramètres de contrôle et exigences de précision. Dans les applications industrielles, le contrôleur PID doit essentiellement être un instrument de contrôle indépendant, c'est-à-dire que le contrôleur PID industriel intègre essentiellement le convertisseur analogique-numérique ADC, le microcontrôleur MCU et le convertisseur numérique-analogique, comme le montre la figure 1. .
Dans certaines occasions de mesure et de contrôle de plus haute précision, tels que le domaine de la mesure et de l'étalonnage, afin d'améliorer la précision du contrôleur PID, un système de contrôle PID avec une structure discrète est généralement utilisé, c'est-à-dire le système analogique-numérique. convertisseur ADC et microcontrôleur du contrôleur PID sur la figure 1. Le MCU et le convertisseur numérique-analogique sont remplacés par des instruments spéciaux avec une plus grande précision. Par exemple, le convertisseur analogique-numérique ADC est remplacé par un voltmètre numérique à six et demi (voire sept et demi), et le microcontrôleur MCU est remplacé par un ordinateur ou un micro-ordinateur monopuce. Le convertisseur numérique-analogique est remplacé par un compteur source numérique à six chiffres et demi. Bien que le système de contrôle PID de ces composants puisse améliorer efficacement la précision du contrôle, le coût et le volume globaux sont considérablement améliorés et il ne convient pas au contrôle dans les applications industrielles.
Cet article se concentre principalement sur l'instrument de contrôleur PID intégré utilisé dans les applications industrielles et présente plusieurs indicateurs techniques clés impliqués dans la réalisation d'un contrôle d'ultra-haute précision à 0,1 % du point de vue des applications d'ingénierie, ce qui aidera l'ultra-haute précision. processus de contrôle de processus dans les applications industrielles de mise en œuvre et de sélection de contrôleurs PID.
2. Analyse des indicateurs techniques clés du contrôleur PID de très haute précision
Afin d'atteindre le contrôle de très haute précision du contrôleur PID supérieur à 0,1 %, ces trois composants doivent répondre aux indicateurs techniques et aux exigences fonctionnelles correspondants pour atteindre respectivement les fonctions de mesure, de calcul et de contrôle de haute précision.
(1) Précision des mesures
La précision de mesure du contrôleur PID se réfère principalement à l'acquisition de l'entrée du capteur externe par le contrôleur, c'est-à-dire à la précision de conversion du convertisseur analogique-numérique ADC. Le sperme d'un ADC est divisé en grades 8, 12, 16 et 24. Par conséquent, l’indicateur technique clé de la précision des mesures du contrôleur PID est cet ADC.
Prenons comme exemple une tension continue avec une plage d'entrée de signal PID de 0 ~ 10 V. La figure 2 répertorie la tension minimale mesurable correspondant aux différents bits de l'ADC.
| CAN (bits) | Tension minimale disponible (mV) |
| 8 | 3.906E+01 |
| dix | 9.766E+00 |
| 12 | 2.441E+00 |
| 14 | 6.104E-01 |
| 16 | 1.526E-01 |
| 18 | 3.815E-02 |
| 20 | 9.537E-03 |
| 22 | 2.384E-03 |
| 24 | 5.960E-04 |
| Signal analogique (mV) | Valeur de tension d'une précision mesurée de 0,1 % | ADC nécessaire (bit) |
| 10000 | 1.00E+01 | dix |
| 5000 | 5h00E+00 | 12 |
| 1000 | 1.00E+00 | 14 |
| 500 | 5h00E-01 | 16 |
| 100 | 1.00E-01 | 18 |
| 50 | 5h00E-02 | 18 |
| dix | 1.00E-02 | 20 |
| 5 | 5h00E-03 | 22 |
| 1 | 1.00E-03 | 24 |
Selon la capacité de tension minimale mesurable des différents bits de l'ADC illustrée à la figure 2, les bits de l'ADC requis pour atteindre une précision de mesure de 0,1 % pour différentes valeurs de tension du signal du capteur peuvent être calculés, comme le montre la figure 3. De plus, la sélection des chiffres de l'ADC peut être déterminé en fonction des exigences de précision du contrôle réel, et il est extrêmement acceptable de répondre aux exigences techniques. Après tout, plus les chiffres AD sont élevés, plus la précision est élevée. Cependant, plus l'instrument contrôleur PID est cher, plus la vitesse d'acquisition correspondante est lente.
(2) Précision du contrôle
La précision du contrôle du contrôleur PID se réfère principalement à la précision de la sortie analogique du contrôleur vers l'actionneur externe. Plus le nombre de chiffres est élevé, plus la précision de l'acquisition est élevée.
(3) Précision arithmétique en virgule flottante
La précision du test et la précision du contrôle impliquent la précision de la partie matérielle du contrôleur PID. Pour garantir véritablement la précision globale du contrôle du contrôleur PID, il inclut également la précision de calcul du logiciel de l'unité de microprocesseur MCU utilisée par le contrôleur, c'est-à-dire la précision de fonctionnement dite à virgule flottante. Prenons comme exemple le pourcentage de sortie dans le contrôleur PID, comme le montre la figure 2, le pourcentage de sortie minimum pour les opérations à virgule flottante 8 bits est de 1 % et le pourcentage de sortie minimum pour les opérations à virgule flottante 10 bits et 12 bits. est de 0,1%. Pour atteindre une précision de contrôle totale supérieure à 0,1 %, il faudra nécessairement utiliser des opérations à virgule flottante 14 bits et 16 bits afin que le pourcentage de sortie minimum soit de 0,01 %. C'est-à-dire que plus il y a de bits d'opération à virgule flottante, plus le pourcentage de sortie est faible. Plus la sortie de contrôle est fine, plus la précision de contrôle correspondante est élevée.
3. Analyse des cas de contrôle de pression
Nous utilisons un cas de contrôle de pression pour démontrer l'influence de la précision de contrôle du régulateur de pression proportionnel de KAOLU sur l'effet de contrôle. Dans ce cas, le but de notre expérience est de contrôler avec précision la pression dans une plage de 0 à 6 bars (pression manométrique) pour atteindre une précision de contrôle de 0,1 %. La structure de l’ensemble du dispositif expérimental est présentée à la figure 4.
4. Conclusion
Grâce à l'analyse ci-dessus et à la vérification expérimentale du boîtier de contrôle de pression, l'instrument de contrôleur PID intégré industriel doit répondre aux indicateurs techniques suivants afin d'atteindre une précision de contrôle de 0,1 % :
(1) Le capteur externe doit avoir une ultra-haute précision supérieure à 0,1 %.
(2) L'actionneur externe doit également avoir une haute précision, mais il ne nécessite pas nécessairement une ultra-haute précision de 0,1 %.
(3) Le nombre de bits ADC du contrôleur PID doit être d'au moins 16 bits, et le meilleur est de 24 bits. (4) Le fonctionnement en virgule flottante du contrôleur PID doit garantir que le pourcentage de sortie a une capacité d'ajustement de 0,01 % à 0,05 %.
(5) Le nombre de bits DAC du contrôleur PID doit atteindre au moins 14 bits, et le meilleur est 16 bits.
Voulez-vous en savoir plus surRégulateur de pression proportionnel de KAOLU? Alors visitez notresite web!