Entendendo os controladores PID: o que significa PID no controlador PID?

Descubra o que PID significa em controladores PID e como cada componente - proporcional, integral e derivada - contribui para sistemas de controle eficazes. Saiba mais sobre suas funções, métodos de ajuste e recursos avançados neste guia abrangente.

  1. Introdução aos controladores PID

Controladores PID Um controlador PID (Proporcional-Integral-Derivativo) é um elemento essencial em sistemas de controle, amplamente utilizado em aplicações de automação industrial e engenharia. Este componente mede o erro como a diferença entre o ponto de ajuste desejado e os valores variáveis do processo medidos, aplicando fatores de correção proporcionais, integrais e derivativos conforme necessário - esse mecanismo garante que a saída do sistema siga a trajetória desejada, mantendo-se estável com desempenho e estabilidade ideais.

  2. Componente proporcional (P)

Um controlador PID ' O componente proporcional s, também conhecido como ganho proporcional ou componente de saída proporcional (Kp), produz a saída proporcional ao valor do erro atual e Kp determina a magnitude da resposta aos erros; ganhos proporcionais mais altos tendem a fornecer maior correção para erros individuais, o que ajuda a melhorar o tempo de resposta; no entanto, se houver um ganho proporcional muito grande, isso pode causar instabilidade e oscilações dentro do sistema.

Na prática, os controles proporcionais ajudam a minimizar o erro, mas não podem erradicá-lo completamente. Por exemplo, em sistemas de controle de temperatura que usam controles proporcionais para gerenciar temperaturas, os controles proporcionais podem ajustar a potência do elemento de aquecimento de acordo com as diferenças de temperatura entre as configurações desejadas e reais; no entanto, erros residuais conhecidos como erros de estado estacionário permanecem.

  3. Componente Integral (I) do Controlador PID

Um controlador PID ' O componente integral (I) aborda erros de estado estacionário integrando gradualmente os erros ao longo do tempo, enquanto seu ganho integral (Ki) determina sua contribuição para a saída do controlador. Ao resumir os erros do passado, sua ação integral garante que a produção continue a aumentar até que todos os erros tenham sido eliminados.

A ação integral pode ser particularmente útil em sistemas nos quais o controle proporcional por si só não pode fornecer a precisão desejada, por exemplo, um sistema de controle de velocidade do motor; Aqui, a ação integral ajuda a ajustar a entrada de um motor de modo a manter as velocidades desejadas, independentemente de distúrbios ou mudanças de carga.

Componente Derivado Um controlador PID ' O componente derivado prevê erros futuros com base em sua taxa de variação; o ganho derivado (Kd) mede como essa contribuição contribui para a produção; O uso de componentes derivados pode amortecer a resposta do sistema, diminuindo o overshoot e melhorando a estabilidade.

As aplicações práticas da ação derivada são eficazes onde erros rápidos devem ser combatidos rapidamente; como sistemas de controle de braço robótico. Um componente derivado pode ajudar a suavizar o movimento, evitando paradas repentinas ou paradas repentinas e garantindo um posicionamento preciso.

  4. Combinando componentes P, I e D

A verdadeira força de um controlador PID está em seus três componentes trabalhando em conjunto para fornecer uma solução robusta. Cada peça aborda diferentes aspectos de controle para uma ampla variedade de aplicações - fornecendo proporcionalmente respostas imediatas quando surgem erros, eliminando erros de estado estacionário integralmente enquanto a derivação melhora a estabilidade e os tempos de resposta.

Os controladores PID oferecem várias vantagens sobre outros tipos de controladores. Sua abordagem equilibrada fornece controle preciso, mas estável, e PID' A fácil implementação e ajuste os tornam escolhas populares em todos os setores, incluindo manufatura, automotivo e aeroespacial.

  5. Ajustando um controlador PID

O ajuste de um controlador PID envolve o ajuste de ganhos proporcionais, integrais e derivados até que eles atinjam o desempenho desejado do sistema. Ajustar corretamente para controle ideal é fundamental, pois configurações incorretas podem resultar em baixo desempenho ou instabilidade; existem várias estratégias de ajuste, como ajuste manual, método Ziegler-Nichols ou ferramentas baseadas em software para ajuste PID que você pode usar para obter resultados de ajuste ideais.

O ajuste manual envolve o ajuste manual dos ganhos com base em como seu sistema responde, o que requer uma compreensão de sua dinâmica. Para uma abordagem sistemática de ajuste usando regras específicas para definir ganhos com base na resposta oscilatória do seu sistema. Ferramentas baseadas em software, como as encontradas no MATLAB e no Simulink, fornecem opções de ajuste automatizadas que simplificam esse processo e oferecem resultados precisos.

Os controladores PID podem ser aprimorados com recursos avançados para melhorar seu desempenho em aplicações específicas. Um desses aprimoramentos é o anti-windup, que evita que os termos integrais se acumulem excessivamente quando ocorre a saturação do atuador e, portanto, ajuda a evitar grandes excessos enquanto melhora a resposta a grandes distúrbios.

A transferência sem solavancos, um recurso avançado, fornece uma alternância suave entre os modos de controle manual e automático em sistemas onde a intervenção manual pode ser necessária durante operações específicas. É' s especialmente útil para sistemas onde a intervenção manual deve ocorrer para operações específicas.

  6. Controladores PID

 vêm em várias formas, como Proporcional-Integral (PI) e Proporcional-Derivada (PD), respectivamente. Enquanto os controladores PI são melhores para sistemas que não precisam de ação derivada, os PD são adequados apenas para aplicações de ação integral. Além disso, certos controladores PID vêm equipados com filtros no termo derivado para reduzir a sensibilidade ao ruído.