A PID Controller: Comprehensive Guide to proportional-integral-derivatives Control (en inglés)

Aprender acerca deControladores PID: Explore los controladores proporcional-integral-derivados, sus componentes, funcionamiento, métodos de ajuste, aplicaciones, ventajas y limitaciones en esta guía completa.

1. Control proporcional (P)

El control proporcional responde en proporción al error, o la diferencia entre el setpoint deseado y la variable de proceso. Ayuda a mitigar la discrepanmediante el ajuste de la salida de control en proporción al error. Sin embargo, los controles proporcionpor sí solos podrían no ser suficientes para eliminar todos los errores, particularmente en casos de errores de estado estacionario.

Control Integral (I)

La acumulación de errores en el pasado se aborda mediante un control integral. El control Integral ajusta la salida de control mediante la integración de errores en el tiempo para eliminar los errores residuales en estado estacionque el control proporcional puede dejar atrás. La variable de proceso debe alinearse exactamente con el setpoint.

2. Control derivado (D)

El control derivado se basa en la velocidad a la que cambia el error, y proporciona un elemento predictorio en el control. Se anticipa a los errores mediante el análisis de la velocidad de un error y toma medidas preventivas. Es especialmente útil para sistemas que requieren cambios rápidos para ser administrados de manera eficiente.

3. ¿Qué es un controlador PID?

Este controlador combina estos componentes en una estrategia de control coherente. Ecuación PID matemrepresentado es:

U (t)=Kpe(t)+Ki0te(t)dt+Kdde(t)dtu(t) = K_p \cdot e(t)+ K_i \cdot \int_0 → te(\tau) d\tau + K_d \cdot \fracde(t)dt

Donde:

La salida del control es u(t).

La ganancia proporcional es KpK_p

La ganancia integral de KiK_i.

La ganancia derivada es KdK_d

El error es e(t).

Los componentes (P, I y D) cada uno tiene una contribución única: el componente proporcional responde a los errores inmediatamente, mientras que el componente integral elimina los residuos con el tiempo. Y el término derivado hace correcciones anticipatorias. Trabajan juntos para asegurar que la variable de proceso se mantenga cerca de su punto de ajuste deseado. Esto mejora la estabilidad y el rendimiento del sistema.

4. Controladores PID de ajuste

Es crucial ajustar los parámetros PID para lograr un rendimiento óptimo. Hay varios métodos para ajustar los parámetros PID. El método de Ziegler Nichols es uno de los más populares.

Método de Ziegler-Nichols

En el método de Ziegler-Nichols, la ganancia integral y derivada se establece a cero mientras que la ganancia proporcional se incrementa hasta que ocurre la oscilación. El cálculo de los parámetros PID se basa en la ganancia proporcional, también conocida como ganancia crítica.

La importancia de una afinación adecuada

El controlador PID debe estar ajustado correctamente para asegurar que funcione de manera eficiente, mientras se equilila la estabilidad y la respuesta. Los controladores dessintonipueden causar oscilo respuestas lentas. También pueden conducir al sobretiro del sistema.

5. Usos de controladores PID

La versatide los controles PID permite su uso en una amplia gama de industrias.

fabricante

Los controladores PID se utilizan en la fabricación para regular variables como temperatura, presión y flujo. Esto asegura una calidad constante del producto y el proceso.

robótica

El control del motor PID se utiliza en los sistemas robóticos para proporcionar un posicionamiento y movimiento precisos para tareas desde el montaje hasta la exploración.

autoautoauto

Los controladores PID se utilizan en la industria automotriz para administrar la inyección de combustible y los sistemas de frenos. Mejoran la seguridad y el rendimiento del vehículo.

6. Beneficios y limitaciones

Aunque el Control PID ofrece muchos beneficios, también hay ciertas limitaciones.

Prestaciones familiares

Simplicidad: fácil de implementar y entender.

La eficacia general proporciona controles robuen muchas aplicaciones.

Flexibilidad: parámetros ajustables para las necesidades específicas del sistema.

limitaciones

Sensibilidad de afinación: necesita ser afinada precisamente para un máximo rendimiento.

No linealidad: puede luchar con sistemas que son altamente no lineales.

Sensibilidad sonora: el control derivado puede aumentar el ruido de medición y afectar a la estabilidad.

7. La conclusión del artículo es:

El controlador PID es una herramienta clave para la ingeniería de sistemas de control. Ofrece un buen equilibrio entre simplicidad y eficiencia. Los principios PID continúan desarrollándose a medida que avanza la tecnología, estimulando la innovación en automatización, control de procesos y otras áreas.