Como funcionam os controladores PID: um guia completo

Saiba comoControladores PIDtrabalho, incluindo seus componentes, princípios de funcionamento e aplicações. Descubra dicas para ajustar e otimizar controladores PID para automação industrial.

  1. Introdução aos controladores PID

Os controladores PID (Proporcional-Integral-Derivativo) são mecanismos de feedback de malha de controle amplamente utilizados em sistemas de controle industriais. Sua principal função é manter o ponto de ajuste desejado, minimizando o erro entre o ponto de ajuste e as variáveis do processo - esses controladores PID são usados em aplicações como controle de temperatura, pressão e fluxo, onde a regulação precisa e estável é um componente crucial.

  2. Componentes de um controlador PID

Componente proporcional (P)

O componente proporcional, também conhecido como K_p ou ganho proporcional, ajusta a saída de controle proporcionalmente em resposta a erros entre o ponto de ajuste e as variáveis do processo. Um K_p mais alto pode gerar uma correção maior para certos erros, mas definir um valor muito alto pode causar instabilidade no sistema.

  3. Componente Integral (I) | Saída do controlador| Controller Output

O componente integral (I) aborda erros passados somando e integrando erros ao longo do tempo na saída do controle, corrigindo efetivamente o erro residual de estado estacionário que não pode ser eliminado apenas pelo controle proporcional. Um ganho integral, K_i, determina a rapidez com que os erros passados são resolvidos, mas K_i excessivos podem causar oscilação nas saídas do sistema.

Componente Derivativo (D) Its O componente derivativo responde à taxa de mudança da taxa de erro, prevendo erros futuros com base em sua taxa atual de mudança e amortecendo a resposta, reduzindo assim o excesso e melhorando a estabilidade da resposta do sistema. K_d, ou ganho derivado, determina sua sensibilidade, enquanto muito K_d pode amplificar o ruído no sistema.

  4. Ciclo de feedback do princípio de funcionamento

Os controladores PID operam dentro de um ciclo de feedback onde as variáveis do processo são continuamente medidas em relação ao seu ponto de ajuste e, em seguida, avaliadas em relação a quaisquer variações para determinar um valor de erro que será processado pelo PID' s para produzir saídas de controle.

Algoritmo de controle

Um algoritmo de controle usa termos proporcionais, integrais e derivados para ajustar os processos. Segue uma fórmula de saída de controle PID (u(t)).

$$u(t) = K_p e(t)+ K_i int(e(t)dt + K_d frac(de(t)dt.dt

$$ONDE E(T) = Erro no Tempo T, K_p é usado como uma resposta imediata, K_i corrige erros passados que se acumulam ao longo do tempo, enquanto K_d antecipa erros futuros, oferecendo antecipações imediatas.

  5. Ajustando um controlador PID

O ajuste do controlador PID é essencial para o desempenho ideal e envolve o ajuste de K_p, K_i e ganhos de K_d para obter a resposta desejada. Os métodos de ajuste populares incluem:

* Método de Ziegler-Nichols: Esta abordagem heurística requer a definição de todos os ganhos integrais e derivativos como zero, aumentando gradualmente o ganho proporcional até que a oscilação comece, a fim de calcular os ganhos PID. Uma vez que a oscilação começa, o ganho final e o período são usados como referências ao calcular os ganhos PID.

*Tentativa e erro: Ajustes passo a passo dos ganhos enquanto monitora a resposta do sistema até encontrar um equilíbrio aceitável entre estabilidade e capacidade de resposta.

  6. Aplicações e Exemplos

Os controladores PID provaram sua versatilidade em vários setores devido à sua eficácia, como visto em vários exemplos do mundo real, incluindo estes:

* Controle de temperatura: Os controladores PID em sistemas HVAC mantêm as temperaturas desejadas ajustando os elementos de aquecimento ou resfriamento de acordo.

* Controle de pressão: Os controladores PID desempenham um papel essencial nas operações de processamento químico, controlando a pressão para garantir operações seguras e eficientes.

* Controle de fluxo: Nas estações de tratamento de água, os controladores PID gerenciam a taxa e a qualidade do fluxo para um controle de qualidade consistente.

Os controladores PID oferecem vários benefícios, como maior estabilidade do processo, diminuição da variabilidade e melhor desempenho do sistema.