Como programar um controlador PID: um guia completo.

1.Controle PIDTeoria: Entendendo a Teoria

A teoria PID é baseada em três componentes: proporcional (P), integral (I) ou derivada (D). Cada componente é crucial para o sistema.

O termo "Componente Proporcional" produz um resultado proporcional ao erro. Este componente reduz o erro total, mas pode não ser capaz de eliminá-lo todo.

O termo Componente Integral é usado para explicar erros passados. Este termo ajuda a eliminar erros residuais que não podem ser removidos pelos termos proporcionais.

* Componente derivado: Este termo é usado para prever erros futuros com base na taxa em que eles mudam. Isso melhora a estabilidade do sistema e seu tempo de resposta.

A equação PID pode ser expressa matematicamente da seguinte forma:

$$

u(t) = K_p e(t) + K_i \int e(t) dt + K_d \fracde(t)dt

$$

Onde (u(t), é a saída do controle, (e(t), é o erro e (K_p), (K_i) e (K_d) são, respectivamente, os ganhos em proporção, integral e derivado.

2.Configure o ambiente de desenvolvimento

Você precisa configurar seu ambiente de desenvolvimento antes de programar um PID. Estes são os passos a seguir:

1.

Escolha a linguagem de programação: C, Python e Arduino são escolhas populares.

2.

Escolha a plataforma de hardware: As plataformas mais comuns são Arduino ou Raspberry Pi.

3.

Instale o software e as bibliotecas necessárias. Instale o Arduino IDE e todas as bibliotecas relevantes, se você estiver usando o Arduino.

3. Implementação do algoritmo PID

O algoritmo PID é implementado em vários estágios:

1.

Inicializando variáveis: Defina o ponto de ajuste, o ganho de PID e as variáveis de processo.

2.

Escreva o loop de controle PID

* Calculando os termos de erro: (e(t), = "text"setpoint- "text"variável de processo)

Calculando os termos proporcionais: (p = K_ptimes e(t).

Calculando a Integral: (I = K_i vezes int E(t) Dt)

Calculando o termo derivado: (D = K_d vezes fracdet(t)dt)

Os termos PID podem ser resumidos da seguinte forma:

1.

Aplicação de saídas de controle: Ajuste o sistema usando as saídas de controle.

Ajuste do controlador PID

Para obter o melhor desempenho, ajuste os ganhos de K_i e K_d para o valor desejado. Alguns métodos comuns são:

Método de Ziegler Nichols: Esta é uma técnica de ajuste heurístico que fornece ganhos iniciais.

* Dicas para uso prático: Ajuste o ganho integral primeiro e depois o ganho derivado. Teste iterativamente e melhore o desempenho dos controladores.

Considerações para uso prático

Considere o seguinte ao implementar um controle PID:

Use métodos anti-windup para evitar que o termo integral se torne excessivamente acumulado.

* Filtragem de termos derivados: Reduza o ruído usando um filtro passa-baixo.

* Estabilidade e robustez - Teste o controlador em várias situações para garantir que ele seja estável e robusto.

Exemplos de Projetos

Dois exemplos de controladores PID são mostrados abaixo:

1.

Controle de temperatura: Use um PID para regular a temperatura de um sistema de aquecimento.

2.

Controle de velocidade do motor: Um controlador PID pode ser usado para controlar a velocidade dos motores DC.

4. A conclusão do artigo é:

Compreender a teoria do controle, configurar um ambiente de desenvolvimento, criar o algoritmo e ajustar o controlador PID são necessários para programar um PID. Seguir essas etapas permitirá que você projete e implemente controladores PID para diferentes aplicações.