¿Cómo construir un controlador PID

1. Controladores PID

Un controlador PID (proportional-integral-deriv) es una forma comúnmente utilizada de sistemas de control industrial, A menudo se encuentra dentro de los mecanismos de retroalimentación de bucle de control tales comoControladores PID. Sirven para mantener la salida deseada de los sistemas minimizando el error entre los niveles de las variables de punto de ajuste y de proceso — esencial cuando se controla la temperatura, la presión, el flujo o cualquier otra variable del proceso con precisión. Los controladores PID juegan un papel esencial en mantener los sistemas en la salida deseada mientras se cumplen los requisitos de punto de ajuste sin errores entre las variables de punto de ajuste y las variables de proceso siendo necesarios niveles de variables de punto de ajuste. Los controladores PID juegan su papel crucial cuando se requiere un control preciso sobre la temperatura, presión o flujo u otras variables del proceso con la precisión requerida cuando se controlan temperaturas o se controlan otras variables del proceso que requieren precisión, como las temperaturas o los ajustes de presión que se realizan a través de los mecanismos de retroalimentación de bucle de control PID integrados para controlar los mecanismos de retroalimentación de bucle dentro de los sistemas de control industrial donde la temperatura precisa, El flujo de presión u otras variables de proceso requieren ajustes precisos basados en el ajuste de los puntos de ajuste en relación con sus puntos de ajuste, siendo necesarios errores mínimos entre los ajustes de los puntos de ajuste y los ajustes de las variables de proceso cuando estos requieren ajustes finamente ajustados en relación con sus ajustes de puntos de ajuste, manteniéndose al mismo tiempo dentro de su precisión de punto de ajuste al controlar las temperaturas, El flujo de presión o flujo requiere ajustes precisos desde el interior de los sistemas, ya que permite que el punto de ajuste se reduce al mínimo contra sus puntos de ajuste con una precisión mínima, a diferencia de las variables de proceso que requieren una regulación precisa debe estar estrictamente dentro del rango necesario

2. Comprensión de la teoría de Control PID

La teoría de control PID consiste de tres elementos, proporcional, Integral y derivado. La salida proporcional corresponde directamente con los valores de error actuales mientras que la Integral acumula errores pasados con el tiempo para eliminar los errores de estado estacionresiduales mientras que la derivada predice errores futuros basados en las predicciones de errores de tasa de cambio para suaviel control de la salida y mejorar la estabilidad del sistema. Matemáticamente la ecuación del PID es algo así:

$$ROV aquí u(t) es igual a K_p = K_i + u(t), donde K_p es ganancia proporcional y integral K_i y ganancia derivada K_d respectivamente;$$ROV

3. Selección de componentes

Antes de empezar a construir un controlador PID, it's necesario para reunir los componentes requeridos: * microcontrolador: elija los microcontroladores Arduino o Raspberry Pi, ya que servirá como el cerebro del controlador PID.

* sensores: elija sensores para registrar con precisión las variables de proceso, tales como sensores de temperatura como termopares o RTDs o sensores de presión.

* actuadores: seleccionar actuadores para regular las variables de proceso, tales como motores, calentadores o válvulas.

* fuente de alimentación: para alimentar el microcontrolador y otros componentes con eficacia. Asegúrese de que exista una fuente de alimentación confiable.

* Hardware adicional: cuando se compra elementos de Hardware adicionales, tales como resistores, condenso conectores.

El diseño y montaje de circuitos de diseño y montaje de circuitos es esencial para construir un controlador PID. Empezar por dibujar un diagrama esquemático que representa todas las conexiones entre el microcontrolador, sensores, actuadores y fuente de alimentación; Garantizar que todos los componentes estén conectados de forma segura y respetar las precauciones de seguridad contra cortocircuitos o daños; Finalmente se monta en placa base o placa de circuito impreso (PCB) para soluciones permanentes.

4. Programación de un controlador PID

El controlador PID consiste en escribir su algoritmo e implementarlo en una plataforma microcontrolador como Arduino o Raspberry Pi usando lenguajes de programación como C++ para Arduino o Python para Raspberry Pi, respectivamente. Muchas plataformas de microcontroladores proporcionan bibliotecas PID que hacen la implementación más simple - por ejemplo Arduino's la biblioteca PID proporciona funciones para establecer los ajustes de ganancia de PID, así como calcular la salida basada en errores en tiempo real.

#Include // Define variables PID como números dobles: Setpoint, Input y Output son requeridos mientras que los valores doble Ki y Kd (Kp = 2, Ki = 5 y Kd = 1) también deben ser definidos para crear myPID(&Input&Output + Setpoint&KiKDKd → DIRECT).| DIRECT).

Void setup(); Inicializar el PID myPID.SetMode(automático); Bucle vacío () Su sensor de lectura de datos por anal(A0); Compute PID output myPID.Compute();

Ajuste el actuador de acuerdo a la salida del PID → @anaLogWrite(9, salida); En resumen| @anaLogWrite(9, Output); In summary

Un controlador PID implica ajustar ganancias proporcion, integrales y derivadas hasta alcanzar un rendimiento óptimo. Hay varias técnicas para la sintonía, como el uso de Ziegler-Nichols método que consiste en establecer ganancias sobre la base de cómo un sistema responde a las entradas de paso - ajuste adecuado es crucial para la estabilidad del sistema y el rendimiento! Comience con pequeños valores de ganancia hasta observar la respuesta del sistema antes de aumentarlos gradualmente hasta alcanzar su objetivo de rendimiento deseado.

5. Ensayo y calibr

Las pruebas y calibrson parte integral de asegurarse de que un controlador PID funcione de manera óptima. Crear un entorno que imita las condiciones reales del proceso; Realizar pruebas iniciales en su controlador; Observar su funcionamiento de cerca para hacer ajustes necesarios; Calibrar los sensores/actuadores con precisión con el fin de garantizar medidas/acciones de control precisas, a continuación, documentar todo este proceso para referencia futura.

Los controladores PID tienen aplicaciones en todas las industrias, desde la fabricación y procesamiento de alimentos hasta HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado). Los controladores PID ayudan a los fabricantes a mantener un control preciso de temperatura durante procesos como el moldeo de plástico o el tratamiento de metales, mientras que los procesde alimentos los utilizan para mantener las temperaturas de cocción y pasteurideseconsistentes mientras que HVAC regula las temperaturas para mayor comodidad y eficiencia energética.

6. Solución de problemas y mantenimiento

El mantenimiento Regular del controlador PID y la solución de problemas es esencial para su buen funcionamiento, incluyendo la monitorización del mal funcionamiento del sensor, problemas de cabley ajustes de ganancia incorrectos. Comprobar todos los componentes con regularidad, reemplazar las piezas desgasttan pronto como se conocen y actualizar el firmware cuando sea aplicable, así como la recalibración con regularidad para mantener la precisión en las lecturas de los sensores/actuadores para mantener resultados precisos.