Cómo codificar un controlador PID: una guía completa

Aprenda cómo codificar un controlador PID con esta guía completa. Entienda los principios del control PID, configure su entorno, implemente el algoritmo, ajuste el controlador y pruébelo eficazmente.

1. introducción

Un controlador proporcional, integral y derivado (PID) es un mecanismo de bucle electrónico ampliamente empleado en sistemas de control industrial. Este bucle de control calcula continuamente un valor de error como la diferencia entre el punto de ajuste deseado y los valores de las variables de proceso medidos y aplica la corrección basada en términos proporcionales, integrales y derivados para lograr la estabilidad del bucle de control. Los controladores PID juegan un papel esencial en robótica, sistemas automotriles y aplicaciones de control de procesos por igual.

2. Comprensión del Control PID

El control PID emplea tres estrategias separadas de regulación: proporcional, Integral y derivada. Proporcional está diseñado para producir una salida proporcional a los valores de error actuales; Integral realiza un seguimiento de los errores pasados acumulados a lo largo del tiempo, mientras que la derivada predice los errores futuros mediante el seguimiento de los cambios en el tiempo sobre la base de modelos de tasa de cambio; Matemhablando la ecuación del PID es algo así:

$$Para este ejemplo: urmari u(t) = K_p + E(t) + K_i > Int E(t) dt+ K_d > Int E(t) dt to$$* la salida de control, E(t), K(P, I y D(K(P iD Kd (KP I D KP K_p I Ki y Kd son ganancias proporcionales; Error (e(t), y las ganancias (P K_p), K_p, I y K(P), como se describe anteriormente en esta sección; Estas ganancias (K), son ganancias integrales proporcionproporcionales y derivadas, respectivamente; Estas ganancias (P, I y K(d), según lo descrito anteriormente en esta página).

3. Configurar el medio ambiente

Para escribir un controlador PID, it's necesarios para seleccionar y configurar los lenguajes de programación y entornos necesarios - como C, Python o Arduino para la implementación del hardware - junto con la selección de cualquier microcontrolador necesario, como Raspberry Pis.

4. Codificación del controlador PID

Variables de inicialización: definir ganancias de PID y Setpoint. 2.

Implementando el algoritmo PID (* cálculos de salida proporcionales basados en el Error actual).

* término Integral: acumula errores a lo largo del tiempo para calcular una salida Integral.

* término derivado: calcula la tasa de cambio de error para llegar a la salida derivada.

1. Combinación de términos: al crear la salida de control final, combine las salidas proporcion, integrales y derivadas en un resultado total.

He aquí un fragmento de código C de ejemplo:

El controlador // PID en C 1.0 Kp, Kd = 0.01 y Ki = 0.1 con Setpoint = 100.0 está configurado para dar Kp = 1, Ki 0.1 y Kd 0.01. Error anterior = 0.00 e Integral es 0.

5. Prueba y depuración

Doble computePID(entradas dobles), dos términos de error se definen: error = setpoint-input y error integral + son los mismos mientras que su derivada es igual a error-previous_error

"Salida doble = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivadas con una tasa de error inicial de error como se define anteriormente y previous_error como tasa de error anterior y retorno de salida ();" (KD, KN o KB según corresponda.)..

El controlador PID implica ajustar las ganancias K_p, K_i y K_d para lograr la respuesta deseada del sistema. Un enfoque de ajuste común es el uso de Ziegler-Nichols método que establece ganancias basadas en la respuesta del sistema A la entrada de paso; Consejos prácticos pueden implicar a partir de pequeñas ganancias mientras que aumenta gradualmente mientras que el monitoreo del comportamiento del sistema.

6. Prueba y depuración

Probar el controlador PID implica simularlo en un entorno aislado antes de probar con hardware real para detectar problemas comunes como oscil, sobredisparo y tiempos de respuesta lentos. Una vez que esta etapa ha pasado, la depuración implica ajustar las ganancias del PID mientras se comprueba si hay errores de implementación.

7. conclusión

La codificación de un controlador PID implica entender sus principios, configurar su entorno, implementar el algoritmo PID, ajustar el controlador y probarlo antes de seguir adelante con el desarrollo de este tipo de programa. Siguiendo estos pasos puede construir con éxito controladores PID robuadecuados para varias aplicaciones.

Otras lecturas y recursos

* PID Controller Basics & Arduino PID Implementation Tutorial (en inglés)

* implementación del controlador PID usando Arduino: http://backlinko.com/google-e-e-a-t

* controlador PID en C: cómo implementar ://boostability.com/resources/google-e-e-a-t-guide/