O que significa PID nos controles? Entendendo os controladores PID e suas aplicações

Saiba o que significa PID em controles, comoControladores PIDtrabalho, suas aplicações e a importância do ajuste. Descubra as vantagens e limitações do controle PID na automação industrial.

  1. Introdução

O Controle Proporcional-Integral-Derivativo, mais comumente referido por sua sigla controle PID, é um conceito essencial em automação industrial e sistemas de controle de processos. O PID desempenha um papel essencial para garantir que os sistemas operem de forma eficaz e confiável - conhecer os controles PID é, portanto, vital se alguém trabalha em engenharia, manufatura ou qualquer campo que dependa de mecanismos de controle precisos para o sucesso.

  2. O que é proporcional-integral-derivada (PID)?

PID significa sistema de controle de feedback proporcional, integral e derivativo amplamente utilizado em aplicações de controle industrial. Cada componente dentro do PID serve a uma função particular - proporcionalidade (proporção), integralidade e derivada.

* Proporcional (P): Este componente reage a qualquer erro de corrente entre o ponto de ajuste desejado e os valores reais das variáveis do processo, produzindo uma saída proporcional a esse valor se for grande o suficiente; caso contrário, ações fracas entrarão em vigor.

* Integral (I): O componente integral responde a erros passados somando quantidades cumulativas e integrando-as em ações de controle ao longo do tempo, ajudando a eliminar quaisquer erros residuais de estado estacionário que o controle proporcional sozinho não pode remover; garantindo ainda mais que as variáveis do processo atinjam e permaneçam próximas de seus valores de ponto de ajuste.

* Derivada (D): O componente derivativo reage à mudança da taxa de erro prevendo erros futuros com base em sua taxa de variação atual, proporcionando um efeito de amortecimento e, assim, diminuindo o overshoot e melhorando a estabilidade do sistema.

  3. Como os controladores PID operam

Os controladores PID funcionam por meio de um mecanismo de loop de feedback com três elementos principais: ponto de ajuste, variável de processo e variável de controle que compõem esse loop.

* Ponto de ajuste: Refere-se ao valor desejado que o sistema busca alcançar.

*Variável de processo:O valor atual do parâmetro do sistema que está sendo controlado.

* Variável de controle: Saída de um controlador PID que altera o processo para atender ao ponto de ajuste.

Os controladores PID calculam continuamente os valores de erro como a diferença entre os valores do ponto de ajuste e da variável do processo, usando termos proporcionais, integrais e derivativos para derivar cálculos de variáveis de controle que ajustam a variável do processo mais próxima ao seu valor de ponto de ajuste. Esses controles permitem ajustes adicionais do processo à medida que o valor do erro se aproxima de zero.

Os sistemas de controle de temperatura usam três tipos de variáveis como indicadores: ponto de ajuste (a temperatura desejada), variável de processo (temperatura atual) e variável de controle (ou seja, a energia fornecida ao aquecedor). Um controlador PID ajusta essa potência conforme necessário para manter as temperaturas desejadas.

  4. Ajustando controladores PID

Ajustar um controlador PID com precisão é fundamental para um desempenho ideal, garantindo que ele reaja prontamente e com precisão quando ocorrem alterações no ponto de ajuste ou surgem distúrbios. Existem várias abordagens para ajustar os controladores PID:

* Método Ziegler-Nichols: Esta abordagem de ajuste heurístico popular requer a definição de todos os ganhos integrais e derivados para zero, aumentando o ganho proporcional até que a oscilação comece; em seguida, use as informações do período de ganho/oscilação final para calcular os parâmetros PID.

* Método Cohen-Coon: Ideal para sistemas de primeira ordem e tempo morto (FOPDTs), esta abordagem oferece fórmulas para calcular os parâmetros PID com base na resposta ao passo do seu sistema.

*Ajuste manual: envolve o ajuste manual dos parâmetros PID enquanto monitora a resposta do sistema; Essa abordagem requer experiência e intuição, mas pode fornecer um ajuste fino eficaz dos parâmetros.

Estratégias de ajuste eficazes incluem fazer ajustes incrementais com pequenos passos no início antes de aumentar a capacidade de resposta ou estabilidade conforme necessário. Ao considerar as compensações entre capacidade de resposta e estabilidade, também é crucial.

  5. Aplicações de controladores PID

Os controladores PID têm muitos usos em todos os setores e aplicações. Alguns exemplos comuns são:

* Controle de temperatura: Os controladores PID são amplamente utilizados em HVAC, fornos e unidades de refrigeração, a fim de obter uma regulação precisa da temperatura.

* Controle de velocidade: os controladores PID podem regular as velocidades dos motores elétricos para fornecer uma operação suave e precisa.

* Controle de pressão: Os controladores de deslocamento de indicador de pressão (PID) são comumente empregados nas indústrias de processo para manter os níveis de pressão desejados em tubulações e vasos.

*Controle de fluxo: Os controladores PID usados em estações de tratamento químico e de água usam a lógica PID para monitorar os fluxos de líquidos e gases para manter as condições ideais do processo e regulá-las de acordo.

Os controladores PID são amplamente utilizados em tanques e reservatórios para obter a regulação do nível de líquido em níveis ideais.

  6. AdvaLimitações e Limitações 

Seus controladores PID apresentam inúmeras vantagens sobre os métodos de controle tradicionais, incluindo:

* Simplicidade: Os controladores PID são geralmente fáceis de entender e implementar.

* Versatilidade: Eles podem ser aplicados em muitas aplicações.

* Eficiência: Os controladores PID oferecem controle preciso e estável, fornecendo resultados precisos a cada uso.

No entanto, essa abordagem vem com seu próprio conjunto de restrições:

* Complexidade de ajuste: Ajustar corretamente pode ser complexo e demorado.

* Sistemas não lineares: Os controladores PID podem não fornecer resultados ideais quando aplicados a sistemas altamente não lineares.

* Sensibilidade ao ruído: Termos derivados podem exacerbar o ruído dentro de um sistema e aumentar a instabilidade, potencialmente levando ao seu colapso.

  7. Conclusão

O controle PID é um conceito fundamental em automação industrial e sistemas de controle de processos. Compreender seus princípios, como os controladores PID funcionam e ajustá-los adequadamente são elementos cruciais para alcançar o desempenho ideal do sistema. Embora tenham suas limitações, os controladores PID continuam sendo soluções versáteis adequadas para inúmeras aplicações de controle - seu futuro pode até trazer melhorias maiores nos métodos de ajuste à medida que a tecnologia se desenvolve ainda mais ao lado de estratégias de controle avançadas.