Un controlador diferencial proporcional-integral és un dispositiu que s'instal·la en sistemes automatitzats per mantenir un paràmetre determinat que és capaç de canviar.
A primera vista, tot és confús, però el control PID també es pot explicar per als maniquís, és a dir. persones que no estan ben familiaritzades amb els sistemes i dispositius electrònics.
Contingut
Què és un controlador PID?
El controlador PID és un dispositiu integrat al bucle de control amb retroalimentació obligatòria. Està dissenyat per mantenir els nivells establerts de punts de consigna, com ara la temperatura de l'aire.
El dispositiu subministra un senyal de control o sortida al dispositiu de control, en funció de les dades rebudes dels sensors o sensors. Els controladors tenen alts índexs de precisió dels processos transitoris i la qualitat de la tasca.
Tres coeficients del controlador PID i el principi de funcionament
La funció del controlador PID és proporcionar un senyal de sortida de la quantitat de potència necessària per mantenir la variable controlada a un nivell determinat. Per calcular l'indicador, s'utilitza una fórmula matemàtica complexa, que inclou 3 coeficients: proporcional, integral i diferencial.
Prenem com a objecte de regulació un recipient amb aigua, en el qual cal mantenir la temperatura a un nivell determinat ajustant el grau d'obertura de la vàlvula amb vapor.
El component proporcional apareix en el moment del desacord amb les dades d'entrada. En paraules senzilles, sona així: es pren la diferència entre la temperatura real i la temperatura desitjada, es multiplica per un coeficient ajustable i s'obté un senyal de sortida, que s'ha d'aplicar a la vàlvula. Aquells. tan aviat com cauen els graus, comença el procés d'escalfament, s'eleven per sobre de la marca desitjada: s'apaga o fins i tot es refreda.
Després ve el component integral, que està dissenyat per compensar l'impacte del medi ambient o altres influències pertorbadores en el manteniment de la nostra temperatura a un nivell determinat. Com que sempre hi ha factors addicionals que afecten els dispositius que es controlen, la xifra ja està canviant en el moment en què es reben les dades per calcular el component proporcional. I com més gran és la influència externa, més fortes es produeixen les fluctuacions de l'indicador. Es produeixen pujades de corrent.
El component integral intenta, basant-se en valors de temperatura passats, tornar el seu valor si ha canviat. El procés es descriu amb més detall al vídeo següent.
I després el senyal de sortida del regulador, segons el coeficient, s'aplica per augmentar o disminuir la temperatura. Amb el temps, es selecciona el valor que compensa els factors externs i els salts desapareixen.
La integral s'utilitza per eliminar errors calculant l'error estàtic. El més important en aquest procés és triar el coeficient correcte, en cas contrari, l'error (desajustament) també afectarà el component integral.
El tercer component del PID és el diferenciador. Està dissenyat per compensar la influència dels retards que es produeixen entre l'impacte en el sistema i la retroalimentació. El controlador proporcional subministra energia fins que la temperatura arriba al nivell desitjat, però quan la informació passa al dispositiu, sobretot a valors grans, sempre es produeixen errors. Això pot provocar un sobreescalfament. El diferencial prediu les desviacions causades per retards o influències ambientals i redueix per endavant la potència subministrada.
Sintonització del controlador PID
La sintonització del controlador PID es realitza per 2 mètodes:
- La síntesi implica el càlcul de paràmetres a partir del model del sistema. Aquesta configuració és precisa, però requereix un coneixement profund de la teoria del control automàtic. Està subjecte només a enginyers i científics. Ja que cal eliminar les característiques de consum i fer un munt de càlculs.
- El mètode manual es basa en assaig i error. Per fer-ho, es prenen com a base les dades d'un sistema ja acabat, es fan alguns ajustos a un o més coeficients del regulador. Després d'encendre i observar el resultat final, els paràmetres es canvien en la direcció correcta. I així successivament fins a assolir el nivell de rendiment desitjat.
El mètode teòric d'anàlisi i afinació s'utilitza rarament a la pràctica, cosa que es deu al desconeixement de les característiques de l'objecte de control i a un munt de possibles influències pertorbadores. Els mètodes experimentals basats en el seguiment del sistema són més habituals.
Els moderns processos automatitzats s'implementen com a mòduls especialitzats sota el control de programes d'ajust dels coeficients del regulador.
Propòsit del controlador PID
El controlador PID està dissenyat per mantenir un determinat valor al nivell requerit: temperatura, pressió, nivell en un dipòsit, flux en una canonada, concentració d'alguna cosa, etc., canviant l'acció de control dels actuadors, com ara vàlvules de control automàtiques, utilitzant una magnitud proporcional, integradora i diferenciadora per a la seva configuració.
La finalitat de l'ús és obtenir un senyal de control precís que sigui capaç de controlar grans indústries i fins i tot reactors de centrals elèctriques.
Exemple de control de temperatura
Sovint s'utilitzen controladors PID per controlar la temperatura, prenem un exemple senzill d'escalfament d'aigua en un dipòsit i considerem aquest procés automàtic.
S'aboca un líquid al recipient, que s'ha d'escalfar a la temperatura desitjada i mantenir-lo a un nivell determinat. S'ha instal·lat un sensor de temperatura dins del dipòsit - termoparell o termòmetre de resistència i està connectat directament al controlador PID.
Per escalfar el líquid, subministrarem vapor, tal com es mostra a la figura següent, amb una vàlvula de control automàtica. La pròpia vàlvula rep un senyal del regulador.L'operador introdueix el valor de consigna de temperatura al controlador PID, que s'ha de mantenir al dipòsit.
Si els coeficients del controlador no es configuren correctament, es produiran salts de temperatura de l'aigua, amb la vàlvula totalment oberta o totalment tancada. En aquest cas, cal calcular els coeficients del controlador PID i tornar-los a introduir. Si tot es fa correctament, al cap d'un breu període de temps el sistema equilibrarà el procés i la temperatura del dipòsit es mantindrà a un nivell determinat, mentre que el grau d'obertura de la vàlvula de control estarà a la posició mitjana.
Articles semblants:
