PID Control Loop - ¿Qué es?

Understanding PID control loops: Components and Working Principles (en inglés)

Aprenda sobre los fundamentos de los bucles PID. Esto incluye sus principios de trabajo, componentes, aplicaciones, beneficios y desafíos. Aprenda cómo implementar bucles de control PID para un rendimiento óptimo.

1. introducción

Comprensión de los componentes PID

Tres elementos esenciales componen un bucle PID: control proporcional (P), integral (I) o derivado (D). Cada elemento juega un papel específico en la estrategia de control.

Control (P) proporcional: este componente genera una salida directamente proporcional con el valor de error. La componente proporcional es responsable de disminuir el error total a través del ajuste de la señal de control de acuerdo a la magnitud. La ganancia proporcional Kp determina qué tan sensible es el sistema. Los valores más altos de Kp resultan en respuestas más rápidas, pero también pueden causar inestabilidad y exceso.

Integral de Control: este componente aborda los errores pasados integrando los errores en el tiempo. La señal de control se ajusta continuamente hasta que no haya errores. La ganancia Integral (Ki) influye en la rapidez con la que se corrige el error en el estado estacionario. Las oscilinestables pueden resultar de acciones integrales excesivas.

Control (D) derivado: este componente utiliza la tasa de cambio de error para predecir errores futuros. El componente derivado proporciona un efecto de amortigu, que mejora la estabilidad del sistema mediante la reducción de errores rápidos. Kd es la ganancia derivada que determina cómo se influyen las acciones derivadas. Aunque puede mejorar la estabilidad de un sistema, una cantidad excesiva de acción derivada puede causar ruido o comportamiento errático.

2. ¿Qué es PID Control Loop?

Los bucles PID modifican continuamente las señales de control para reducir la diferencia entre el valor de ajuste deseado y la variable de proceso medida. Esta es una explicación paso a paso del bucle PID:

Cálculo del Error: en el bucle PID, el primer paso es calcular los valores de Error. Esta es la diferencia entre los valores de ajuste deseados y las variables de proceso medidas. El valor de error se utiliza como base para los cálculos posteriores.

Respuesta proporcional el componente proporcional produce una señal proporcional a los valores de error actuales. Esta respuesta está determinada por la ganancia proporcional Kp. Los valores más altos de Kp resultan en controles más agresivos.

Respuesta entera: este componente calcula errores acumulativos con el tiempo, y luego genera señales de control que son proporciona estos errores acumulativos. La tasa de corrección para el error en el estado estacionse determina por la ganancia integral Ki.

Respuesta derivada: este componente calcula la tasa de error y produce una señal proporcional a la tasa de error. Kd es la ganancia derivada que determina cómo la acción derivada influirá en la señal de control.

Ajuste de señal de Control: combinando las señales de Control producidas por componentes integrales, proporcionales y derivados para crear la señal de Control final. La señal de control generada por los componentes integral, proporcional y derivada se combina para producir la señal de control final.

3. Aplicaciones de bucle de Control PID

Debido a su eficacia y simplicidad, los circuitos de control PID se utilizan ampliamente en muchas industrias. Los bucles PID se usan en una variedad de aplicaciones.

Control de temperatura: en sistemas HVAC, los controladores PID mantienen la temperatura deseada en procesos industriales y de construcción. Estos controladores garantizan la eficiencia energética, el confort y un control preciso de la temperatura.

Los controladores PID regulan las velocidades del Motor usando motores eléctricos. Estos controladores garantizan un control de velocidad suave y preciso y mejoran el rendimiento de los sistemas motorizados.

4. Beneficios de usar PID control Loop

Los bucles PID son populares en el campo de la ingeniería de sistemas de control porque ofrecen varios beneficios. Estos son algunos de los beneficios clave:

Estabilidad del sistema de Control el uso combinado de acciones integrales y derivadas mejora la estabilidad del sistema. La acción integral reduce el error en el estado estacionario, mientras que la acción derivada evita oscil.

Reducción del reajuste ajuste adecuado puede reducir el reajuste y asegurar que las variables de proceso alcancen el punto de ajuste deseado sin fluctuaciones excesivas. El control será más suave, más preciso y preciso.

Eliminación del Error de estado estacion: esta parte integral del bucle de Control PID elimina el Error de estado estacionajustcontinuamente la señal hasta que el Error acumulado sea cero. La variable de proceso permanecerá en el setpoint.

5. Desafíos del bucle de Control PID

Aunque los PID loops tienen muchos beneficios, también pueden presentar retos en su implementación.

Complejidad de afinación: puede ser difícil encontrar los mejores valores para ganancias integrales, proporcionales y derivadas. Un ajuste incorrecto puede conducir a oscile inestabilidad. Para determinar la ganancia del PID, se usan diferentes métodos de afinación, incluyendo Ziegler Nichols, ensayo y error, etc.

Sensibilidad al ruido la componente derivada en el bucle PID es sensible cuando ocurre ruido durante la medición de variables de proceso. Puede resultar en señales erráticas para el control y el rendimiento del sistema pobre. El filtrado de ruido se puede utilizar para mitigar el problema.

Dinámica de sistemas: el rendimiento de los bucles PID se ve afectado por la dinámica. La efectividad de un controlador PID puede ser afectada por cambios en la dinámica del proceso, incluyendo retrasos de tiempo o no linearidades. Estos desafíos pueden abordarse usando estrategias de control adaptativo o métodos basados en modelos.

El bucle PID se puede resumir como una estrategia flexible y de uso común para los sistemas de control industriales. El bucle de control PID es una herramienta importante para la ingeniería de sistemas de control porque puede proporcionar un control preciso, reducir errores de estado estacionario y aumentar la estabilidad. La implementación de los bucles PID requiere afincuidadosamente el sistema y considerar la dinámica del proceso. Los ingenieros pueden lograr un rendimiento óptimo mediante la comprensión de los bucles PID y sus componentes, principios de operación, ventajas y desafíos.

referencias

Controlador proporcional — integral — derivado — Wikipedia

Explicación del controlador PID