The Complete Guide to PID Control Loop Tuning (en inglés)

Nuestra guía completa le enseñará cómo afinar un bucle PID. Explorar el papel de los componentes integrales, derivados y proporcionales y técnicas de afincomún para optimizar el rendimiento del sistema.

1. introducción

Un bucle de control proporcional, integral y derivado (PID) es un concepto fundamental en la ingeniería de sistemas de control. Este bucle de control se utiliza ampliamente en muchas aplicaciones, incluyendo la automatización industrial, HVAC, robótica y otros sistemas. Es importante ajustar un sistema de control PID correctamente para lograr un rendimiento y estabilidad ópti. Este artículo proporciona una guía para afinar un bucle PID. Cubre el papel de los componentes proporcionales, integrados y derivados y presenta métodos de afincomún.

2. Comprensión de los componentes PID

proporcional

A PID controller& (en inglés)#39;s componente proporcional, que se denota por "P", es responsable de generar una salida directamente proporcional con el error actual. La fuerza de una respuesta proporcional está determinada por la ganancia proporcional. El aumento de las ganancias proporcionaumentará la respuesta del sistema, pero también puede causar inestabilidad o oscilcuando se establece a un nivel alto.

Integral I

Componente Integral "I" Se utiliza para eliminar el error en estado estacionque persiste después del control proporcional. La ganancia Integral (Ki), que ajusta los errores acumulados con el tiempo para ayudar a acercar las salidas del sistema a los puntos de ajuste deseados, es un componente del control Integral. Ganancias integrales demasiado altas pueden hacer que el sistema sea lento y más propenso a oscil.

Derivada (D)

Denotado "D", el componente derivado predice el comportamiento futuro basado en la tasa de cambio de error. La ganancia derivada, Kd, ayuda a amortigulas oscilpara mejorar la estabilidad del sistema. El componente derivado puede mejorar el system's pero puede ser sensible al ruido, lo que podría conducir a un comportamiento errático si no se ajusta correctamente.

3. ¿Cómo ajustar un controlador PID

Configuración inicial

Antes de ajustar el controlador PID, debes asegurque no hay problemas mecánicos tales como componentes desgasto o conexiones sueltas.

Inicializar PID a cero: comienza la afinajustlas ganancias de la integral, derivada y proporcional (Kp) a cero. Proporciona una base para que cada componente sea afinado individualmente.

Ajuste de la ganancia proporcional P

Aumente gradualmente la ganancia proporcional hasta que vea la oscilación de salida: aumente el valor de P hasta que comience a oscilar: el control proporcional tiene una influencia bastante fuerte en el comportamiento del sistema.

Una vez que el sistema comienza a osci, reducir la ganancia proporcional al valor inicial. Ayuda a lograr el equilibrio adecuado entre la estabilidad y la capacidad de respuesta.

5. Afinación Integral ganancia I

Incremente I gradualmente para eliminar los errores de estado estacionario: incremente gradualmente la ganancia integral para corregir cualquier error de estado estacionario que permanezca. Es importante obtener la salida del sistema más cerca de su punto de ajuste deseado, sin crear oscilexcesivas.

Monitorear la respuesta del sistema y hacer ajustes según sea necesario: monitorear constantemente la respuesta del sistema a los cambios en la ganancia integral. Ajuste el sistema para obtener los resultados deseados evitando inestabilidades.

Ajuste de la ganancia derivada (D)

Aumente D lentamente para amortigulas oscil: comience por aumentar la ganancia derivada (Kd). Esto reducirá las oscily aumentará la estabilidad del sistema. Este componente derivado puede usarse para contrarrestar y predecir cambios rápidos de errores.

Ajuste D hasta que se logre la estabilidad deseada: ajuste la ganancia derivada al comportamiento deseado. Ajuste la ganancia derivada a un nivel apropiado. Un ajuste demasiado alto puede causar un comportamiento errático y aumentar el ruido.

6. Métodos de afinación común

Método de Ziegler-Nichols

Ziegler-Nichols es una de las técnicas más populares para afinar controladores PID. Los siguientes son los pasos involucrados:

Cero las ganancias integral y derivada (Ki,Kd).

El sistema oscilará durante un período de tiempo sostenido cuando la ganancia se aumenta al máximo (Ku).

Calcular la ganancia de PID usando las fórmulas de Ziegler y Nichols.

«Cohen Coon Method» (en inglés).

Este método, que se basa en las ecuaciones de Cohen-Coon, se puede usar para ajustar controladores PID para sistemas con un tiempo muerto significativo. Estos pasos son:

La prueba de bucle abierto es la mejor manera de averiguar qué curva de reacción de proceso tiene.

Calcular parámetros de proceso tales como constantes de tiempo y tiempos muertos.

Utilice las ecuaciones de afincohen-coon para encontrar la mejor ganancia de PID.

7. Prueba y Error

Ajuste iterativamente la ganancia del PID basado en el rendimiento del sistema. Es un enfoque práctico para sistemas complejos que son difíciles de modelar matemáticamente. Para encontrar el ajuste PID óptimo, comience con pequeños cambios y supervise la respuesta del sistema.

Haga pequeños cambios: para evitar efectos drásticos del sistema, haga ajustes incrementales a las ganancias de PID.

Dé tiempo entre cambios: permita que el sistema tenga tiempo para reaccionar a cualquier ajuste antes de continuar.

Simuladores: Use simulaciones PID para entender y practicar el efecto de la ganancia de PID.

La sintonía del bucle PID es crucial para el rendimiento óptimo y la estabilidad del sistema. Entender el papel de los componentes integrales, derivados y proporcionales, así como seguir técnicas de afinsistemáticas, le permitirá afinar controladores PID efectivamente para diferentes aplicaciones. El sistema será más fiable y eficiente si las ganancias PID se monitorey ajustan continuamente.