Como fazer um controlador PID: guia completo para iniciantes

Aprenda a fazer um controlador PID com este guia completo. Entenda os princípios do controle PID, configure o hardware, escreva o algoritmo, ajuste o controlador e teste seu sistema. Perfeito para sistemas de controle industrial e várias aplicações.

1. Introdução

Introdução mes Um controlador proporcional-integral-derivativo (PID) é um mecanismo de feedback de malha de controle industrial. Ele calcula continuamente os erros entre o ponto de ajuste desejado e os valores das variáveis de processo medidas e aplica a correção com base em termos proporcionais, integrais e derivativos para resolver essas discrepâncias. Os controladores PID desempenham um papel essencial nos controles de temperatura, velocidade do motor e processo, entre outras áreas de aplicação.

2. Entendendo o controle PID

O controle PID envolve três parâmetros distintos, Proporcional (P), Integral (I) e Derivada (D). O controle proporcional produz valores de saída proporcionais a qualquer valor de erro atual, enquanto o termo integral analisa o acúmulo de erros passados, enquanto o termo derivativo prevê erros futuros com base na taxa de variação. Um controlador PID ' A representação matemática pode ser vista aqui:

$$U(t) = K_p, E(t), + K_iint E(t), Dt + K_d de(t)dt onde U é a saída de controle e E é o erro; K é o ganho proporcional e K_d é o ganho diferencial, respectivamente.

3. Componentes necessários

Para criar um controlador PID, os seguintes itens serão necessários. * Um microcontrolador como o Arduino também pode funcionar;

* Sensores: Os tipos de sensores dependem da sua aplicação (sensor de temperatura ou codificador rotativo, por exemplo).

Atuadores: Dispositivos usados para regular processos (por exemplo, motores e aquecedores).

* Fonte de alimentação: Fonte de energia suficiente para suportar as funções do microcontrolador e do atuador.

* Software: bibliotecas Arduino IDE e PID

4. Configuração do hardware WASP 21

Conecte os atuadores: Conecte os atuadores diretamente aos pinos de saída do seu microcontrolador usando drivers ou relés apropriados, conforme necessário.

3. Fonte de alimentação: Para fornecer energia confiável ao microcontrolador e aos atuadores, certifique-se de que suas classificações de tensão e corrente atendam aos requisitos de sua aplicação.

Escreva seu algoritmo PID

1. Importar bibliotecas: Certifique-se de que todas as bibliotecas necessárias estejam presentes em seu esboço do Arduino.

1. Definir variáveis: Configure variáveis para configurações de ponto de ajuste, entrada e saída.

Entrada/saída de ponto de ajuste duplo atraente.

1.

Inicializar objeto PID: crie e configure um objeto PID usando seus parâmetros.

PID myPID(&entrada,&saída,&setpoint,Kp, Ki, Kd e DIRECT);

1. Função On-Set (Função Set): Ao configurar um controlador PID nesta função de configuração.

1. Estabeleça o loop de controle PID usando esta função.

Loop vazio(); entrada = analogRead(sensorPin); myPID.Compute();

analogWrite(atuadorPino, saída); *

5. Ajustando um controlador PID

O ajuste do controlador PID envolve o ajuste de seus três parâmetros de (K_p), (K_i) e (K_d), até que o desempenho de controle desejado seja alcançado. Uma abordagem comum é a técnica de Ziegler-Nichols; que envolve definir (K_i ) e (K_d ) igual a zero antes de aumentar (K_p ) até que a oscilação do sistema comece, antes que outros ajustes a esses parâmetros KPID com base em fórmulas específicas sejam aplicados.

1. Teste inicial e depuração

 Execute o controlador PID. Carregue o código diretamente no microcontrolador, desative o controle PID. 2. Etapas subsequentes (teste e depuração).

3. Resultados e ajuste os parâmetros PID conforme necessário 3.

Solucionar problemas conforme necessário Solucionar problemas conhecidos

Ruído nas leituras do sensor, saturação do atuador e estabilidade.

6. Aplicações e Exemplos

Os controladores PID são ferramentas versáteis usadas em várias situações do mundo real. Por exemplo, em sistemas de controle de temperatura, eles são utilizados para manter as temperaturas desejadas, ajustando a energia fornecida aos aquecedores; da mesma forma, na regulação da velocidade do motor, os controles PID podem regular a velocidade do motor alterando a tensão aplicada diretamente. Tais exemplos demonstram o controle PID' versatilidade e eficácia.

7. Conclusão

Estabelecer um controlador PID requer entender seus princípios, instalar o hardware necessário, escrever o algoritmo PID, ajustar seu controlador e testar seu sistema. Ao seguir essas etapas, projetar um controlador PID com cuidado e eficiência pode levar a várias aplicações com maior confiabilidade e desempenho do que suas alternativas.