Como construir um controlador PID

1. Controladores PID

Um controlador PID (Proporcional-Integral-Derivativo) é uma forma comumente utilizada de sistemas de controle industrial, frequentemente encontrados em mecanismos de feedback de malha de controle, como controladores PID. Eles servem para manter a saída desejada dos sistemas, minimizando o erro entre o ponto de ajuste e os níveis variáveis do processo - essencial ao controlar temperatura, pressão, vazão ou quaisquer outras variáveis do processo com precisão. Os controladores PID desempenham um papel essencial em manter os sistemas na saída desejada, atendendo aos requisitos de ponto de ajuste, sem erros entre o ponto de ajuste e as variáveis do processo, sendo necessários níveis variáveis de ponto de ajuste. Os controladores PID desempenham seu papel crucial quando necessário, é necessário um controle preciso sobre temperatura, pressão ou fluxo ou outras variáveis de processo com precisão necessária ao controlar temperaturas ou controlar outras variáveis de processo que exigem precisão, como temperaturas ou ajustes de pressão, de serem feitos por meio de mecanismos de feedback de malha de controle PID integrados para mecanismos de feedback de malha de controle em sistemas de controle industriais onde a temperatura precisa, O fluxo de pressão ou outras variáveis de processo requerem ajustes precisos com base nos pontos de ajuste ajustados em relação aos seus pontos de ajuste, com erros mínimos entre as configurações do ponto de ajuste e da variável de processo sendo necessários quando estes exigem ajustes precisos em relação às configurações de pontos de ajuste sendo mantidos enquanto permanecem dentro de sua precisão de ponto de ajuste ao controlar temperaturas, fluxo de pressão ou fluxo requer ajustes precisos de dentro dos sistemas, pois isso permite que o ponto de ajuste seja minimizado contra seus pontos de ajuste com precisão milimétrica, em oposição às variáveis de processo que exigem regulação precisa, devem estar estritamente dentro da faixa necessária

2. Entendendo a teoria de controle PID

A teoria de controle PID consiste em três elementos, Proporcional, Integral e Derivado. A saída proporcional corresponde diretamente aos valores de erro atuais, enquanto o Integral acumula erros passados ao longo do tempo para eliminar erros residuais de estado estacionário, enquanto o Derivative prevê erros futuros com base nas previsões de erro de taxa de variação para suavizar a saída do controle e melhorar a estabilidade do sistema. Matematicamente, a equação PID é mais ou menos assim:

$$ROV Aqui u(t) é igual a K_p = K_i + u(t), onde K_p é o ganho proporcional e K_i ganho integral e K_d derivado, respectivamente;$$rov

3. Seleção de componentes

Antes de começar a construir um controlador PID, ele...#39; s necessários para reunir os componentes necessários: * Microcontrolador: Escolha os microcontroladores Arduino ou Raspberry Pi, pois isso servirá como o cérebro do controlador PID.

* Sensores: Escolha sensores para registrar com precisão as variáveis do processo, como sensores de temperatura, como termopares, RTDs ou sensores de pressão.

* Atuadores: Selecione atuadores para regular as variáveis do processo, como motores, aquecedores ou válvulas.

* Fonte de energia: Para alimentar o microcontrolador e outros componentes de forma eficaz. Certifique-se de que exista uma fonte de alimentação confiável.

* Hardware adicional: Ao comprar itens de hardware adicionais, como resistores, capacitores ou conectores.

Projeto e montagem de circuito O projeto e a montagem do circuito são essenciais para a construção de um controlador PID. Comece desenhando um diagrama esquemático descrevendo todas as conexões entre microcontrolador, sensores, atuadores e fonte de alimentação; certifique-se de que todos os componentes estejam conectados com segurança e siga as precauções de segurança contra curto-circuito ou danos; finalmente monte em placa de ensaio ou placa de circuito impresso (PCB) para soluções permanentes.

4. Programando um controlador PID

Programar o controlador PID envolve escrever seu algoritmo e implementá-lo em uma plataforma de microcontrolador, como Arduino ou Raspberry Pi, usando linguagens de programação como C++ para Arduino ou Python para Raspberry Pi, respectivamente. Muitas plataformas de microcontroladores fornecem bibliotecas PID que tornam a implementação mais simples - por exemplo, Arduino ' A biblioteca PID fornece funções para definir ajustes de ganho PID, bem como calcular a saída com base em erros em tempo real.

#include // Defina variáveis PID como números duplos: Setpoint, Input e Output são necessários, enquanto valores duplos de Ki e Kd (Kp = 2, Ki = 5 e Kd = 1) também devem ser definidos para criar myPID(&Input&Output+Setpoint&KiKDKd| DIRETO).| DIRECT).

Void setup(); Inicializar PID myPID.SetMode(AUTOMATIC); Loop vazio() Seus dados do sensor de leitura por analogRead(A0); Calcule a saída PID myPID.Compute();

E ajuste o atuador de acordo com a saída PID | @anaLogWrite(9, Saída); Em resumo| @anaLogWrite(9, Output); In summary

Ajustando o controlador PID O ajuste de um controlador PID envolve o ajuste de ganhos proporcionais, integrais e derivados até que o desempenho ideal seja alcançado. Existem várias técnicas de ajuste, como o uso do método Ziegler-Nichols, que envolve a definição de ganhos com base em como um sistema responde às entradas de etapa - o ajuste adequado é crucial para a estabilidade e o desempenho do sistema! Inicie pequenos valores de ganho até observar a resposta do sistema antes de aumentá-los gradualmente até atingir a meta de desempenho desejada.

5. Teste e calibração

O teste e a calibração são partes integrantes para garantir que um controlador PID opere de maneira ideal. Crie um ambiente que imite as condições reais do processo; realizar testes iniciais em seu controlador; observar atentamente o seu desempenho para fazer os ajustes necessários; Calibre sensores/atuadores com precisão para garantir medições/ações de controle precisas e, em seguida, documente todo esse processo para referência futura.

Os controladores PID têm aplicações em todos os setores, desde manufatura e processamento de alimentos até HVAC (aquecimento, ventilação e ar condicionado). Os controladores PID ajudam os fabricantes a manter o controle preciso da temperatura durante processos como moldagem de plástico ou tratamento de metal, enquanto os processadores de alimentos os usam para manter as temperaturas desejadas de cozimento e pasteurização consistentes, enquanto o HVAC regula as temperaturas para conforto e eficiência energética.

6. Solução de problemas e manutenção

A manutenção regular do controlador PID e a solução de problemas são essenciais para seu bom funcionamento, incluindo o monitoramento de mau funcionamento do sensor, problemas de fiação e configurações incorretas de ganho. Verifique todos os componentes regularmente, substitua quaisquer peças desgastadas assim que forem conhecidas e atualize o firmware quando aplicável - bem como recalibre regularmente para manter a precisão nas leituras de sensores/atuadores para manter resultados precisos.