O guia completo para ajuste de loop de controle PID

Nosso guia completo ensinará como ajustar um loop PID. Explore o papel dos componentes integrais, derivativos e proporcionais e técnicas comuns de ajuste para otimizar o desempenho do sistema.

1. Introdução

Uma malha de controle proporcional-integral-derivativa (PID) é um conceito fundamental na engenharia de sistemas de controle. Este circuito de controle é amplamente utilizado em muitas aplicações, incluindo automação industrial, HVAC, robótica e outros sistemas. É importante ajustar um sistema de controle PID corretamente para obter desempenho e estabilidade ideais. Este artigo fornece um guia para ajustar um loop PID. Abrange o papel dos componentes proporcionais, integrados e derivados e apresenta métodos de ajuste comuns.

2. Entendendo os componentes PID

Proporcional

Um controlador PID ' O componente proporcional, que é denotado por "P", é responsável por gerar uma saída diretamente proporcional ao erro atual. A força de uma resposta proporcional é determinada pelo ganho proporcional. O aumento dos ganhos proporcionais aumentará a capacidade de resposta do sistema, mas também pode causar instabilidade ou oscilações quando definido para um nível alto.

Integral I

O componente integral "I" é usado para remover o erro no estado estacionário que persiste após o controle proporcional. O ganho integral (Ki), que ajusta os erros acumulados ao longo do tempo para ajudar a aproximar as saídas do sistema dos pontos de ajuste desejados, é um componente do controle integral. Ganhos integrais excessivamente altos podem tornar o sistema lento e mais propenso a oscilações.

Derivada (D)

Denotado "D", o componente derivativo prevê o comportamento futuro com base na taxa de mudança de erro. O ganho derivado, Kd, ajuda a amortecer as oscilações para melhorar a estabilidade do sistema. O componente derivado pode melhorar o sistema' mas pode ser sensível ao ruído, o que pode levar a um comportamento errático se não for ajustado corretamente.

3. Como ajustar um controlador PID

Configuração inicial

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

Inicializar PID para zero : Inicie o ajuste ajustando os ganhos para a integral, derivada e proporcional (Kp) em zero. Ele fornece uma base para que cada componente seja ajustado individualmente.

Ajustando o ganho proporcional P

Aumente gradualmente o ganho proporcional até ver a saída oscilar: Aumente o valor de P até que comece a oscilar: O controle proporcional tem uma influência forte o suficiente no comportamento do sistema.

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

5. Ajuste do 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.

Ajuste de ganho de derivada (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 ajustando o ganho derivado para o comportamento desejado. Defina o ganho derivativo para um nível apropriado. Uma configuração muito alta pode causar comportamento errático e aumentar o ruído.

6. Métodos comuns de afinação

Método Ziegler-Nichols

Ziegler-Nichols é uma das técnicas mais populares para ajustar controladores PID. A seguir estão as etapas envolvidas:

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 é baseado nas equações de Cohen-Coon, pode ser usado para ajustar controladores PID para sistemas com 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.

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 PID para entender e praticar o efeito do ganho PID.

O ajuste do loop PID é crucial para o desempenho ideal e a estabilidade do sistema. Compreender o papel dos componentes integrais, derivativos e proporcionais, bem como seguir técnicas de ajuste sistemático, permitirá que você ajuste os controladores PID de forma eficaz para diferentes aplicações. O sistema será mais confiável e eficiente se os ganhos do PID forem continuamente monitorados e ajustados.