O guia completo para controlar um controlador PID

Nosso guia completo ensinará como usar um controle PID. Explore os métodos comuns de controle para otimizar o desempenho do sistema.

1. Introdução

Os controladores proporcionais-integrais-derivativos (PID) são uma pedra angular no campo da engenharia de sistemas de controle. Eles são usados em uma ampla gama de aplicações, incluindo HVAC, automação industrial e robótica para alcançar os resultados desejados. ControlarControladores PIDdesempenha um papel vital na otimização do desempenho e na manutenção da estabilidade do sistema. O artigo explicará os pontos mais delicados do controle PID, incluindo as funções integrais, proporcionais e derivadas, além de fornecer um guia para métodos eficazes de controle.

2. Entendendo o controle PID

Proporcional (P).

Este componente é frequentemente abreviado como "P" e é responsável por gerar uma saída diretamente proporcional ao valor do erro. O parâmetro de ganho proporcional (Kp), que determina a intensidade da resposta proporcional, é crucial. O sistema se tornará mais responsivo aumentando o ganho. Definir o ganho proporcionalmente muito alto pode levar a oscilações e instabilidade.

Integral I

O componente integral (I) é usado para remover quaisquer erros de estado estacionário que permaneçam após o controle proporcional. O ganho integral (Ki), que ajusta os erros cumulativos ao longo do tempo para aproximar a saída do sistema do ponto de ajuste desejado, é um caminho para o componente integral. Um ganho integral excessivo, no entanto, pode tornar o sistema lento ou propenso a oscilações.

Derivada (D)

Este componente derivado (abreviado como "D") prevê o comportamento de erro futuro com base na taxa de sua mudança. O ganho derivado, abreviado como Kd, ajuda a amortecer as oscilações para aumentar a estabilidade do sistema. O componente derivado é sensível ao ruído e pode levar a um comportamento instável quando não ajustado corretamente.

3. Controlando um controlador PID

Configuração inicial

Verifique a solidez mecânica do sistema Antes de iniciar o controle, você deve garantir que não haja problemas mecânicos, como componentes desgastados ou conexões soltas.

Inicializar PID como zero: Inicie o controle definindo Kp, Ki e Kd como zero. Ele fornece uma base para o controle de cada componente.

4. Controlando Ganhos Proporcionais (P)

Aumente o valor de P até que a saída do sistema comece a oscilar: Aumente gradualmente o ganho proporcional, Kp até que comece a oscilar. O sistema agora está respondendo ao controle proporcional.

Reduzindo P à metade do valor que causou a oscilação Uma vez que o sistema comece a oscilar, reduza o ganho proporcional à metade do valor. Ajuda a alcançar o equilíbrio certo entre estabilidade e capacidade de resposta.

Controlando o Ganho Integral I

Aumente I gradualmente para remover erros de estado estacionário: Aumente gradualmente o ganho integral para corrigir quaisquer erros de estado estacionário que permaneçam. É importante aproximar a saída do sistema do ponto de ajuste desejado, sem criar oscilações excessivas.

Monitore a resposta do sistema e faça os ajustes necessários: Monitore constantemente a resposta do sistema às mudanças no ganho integral. Ajuste o sistema para obter os resultados desejados, evitando instabilidades.

5. Controlando Ganhos de Derivativos (D)

Aumente D lentamente para amortecer as oscilações: Comece aumentando o ganho da derivada (Kd). Isso reduzirá as oscilações e aumentará a estabilidade do sistema. Este componente derivado pode ser usado para neutralizar e prever mudanças rápidas de erros.

Ajuste D até que a estabilidade desejada seja alcançada. Continue a ajustar o ganho derivativo e o sistema exibirá um comportamento estável. Defina o ganho derivativo para um nível apropriado. Uma configuração muito alta pode causar comportamento errático e aumentar o ruído.

6. Técnicas comuns de controle

Método Ziegler-Nichols

Ziegler-Nichols é uma técnica estabelecida para controlar controladores PID. Essas etapas são:

Zero os ganhos integral e derivativo (Ki,Kd).

O sistema oscilará por um período sustentado de tempo quando o ganho for aumentado ao máximo (Ku).

Calcule o ganho de PID usando as fórmulas de Ziegler e Nichols.

Método Cohen Coon

Este método, que se baseia na abordagem de Cohen-Coon, pode ser usado para controlar controladores PID em particular para processos que têm tempo morto significativo. Essas etapas são:

O teste de malha aberta é a melhor maneira de descobrir qual curva de reação do processo você tem.

Calcule os parâmetros do processo, como constantes de tempo e tempos mortos.

Use as equações de ajuste de Cohen-Coon para encontrar o melhor ganho de PID.

7. Teste e erro

Ajuste iterativamente o ganho de PID com base no desempenho do sistema. É uma abordagem prática para sistemas complexos que são difíceis de modelar matematicamente. Para encontrar a configuração ideal de PID, comece com pequenas alterações e monitore a resposta do sistema.

Dicas eficazes para controlar

Faça pequenas mudanças: Para evitar efeitos drásticos no sistema, faça ajustes incrementais nos ganhos de PID.

Dê tempo entre as alterações: Permita que o sistema reaja a quaisquer ajustes antes de continuar.

Simuladores: Use simulações de PID para entender e praticar os efeitos do ganho de PID.

É importante controlar um PID corretamente para obter o desempenho ideal e a estabilidade do sistema. Compreender a função dos componentes integrais, derivativos e proporcionais, bem como seguir métodos sistemáticos de controle, permitirá que você controle os PIDs de forma eficaz. O sistema será mais confiável e eficiente se os ganhos do PID forem continuamente monitorados e ajustados.