Understanding PID Controllers: Components, function, and Applications (en inglés)

Aprenda qué es un controlador PID, cómo funciona y sus componentes. Descubra los beneficios, desafíos y aplicaciones de los controladores PID en varias industrias. Entender su importancia en el mantenimiento de un control preciso.

  1. Introducción a los controladores PID

Los controladores PID (controladores proporcionales-integral-derivados) son elementos esenciales en la automatización industrial y los sistemas de control de procesos, utilizados para mantener la salida deseada mediante el ajuste de las entradas de control basadas en las diferencias entre el punto de ajuste y las variables de proceso medidas. Los controladores PID se han ganado grandes elogios como controladores confiables adecuados para todo, desde fabricación hasta aplicaciones robóticas.

  2. Componentes de un controlador PID para la entrega precisa de igni, (PID).

Componente proporcional (P) el componente proporcional genera una salida que se corresponde directamente con cualquier valor de error actual; Es decir, cualquier diferencia entre el valor deseado y los valores reales de las variables de proceso. Su ganancia proporcional determina la respuesta: mayores ganancias proporcionales resultan en respuestas más agresivas contra los errores, mientras que las ganancias demasiado grandes podrían causar inestabilidad del sistema.

Componente Integral (I)

* el componente integral está diseñado para abordar los errores pasados mediante la integración de su acumulación en el tiempo y la corrección de errores de estado estacionario que no pueden ser rectificados únicamente con el control proporcional solo. En los sistemas de regulación de temperatura como los sistemas de control de termostato, un término integral asegura que el sistema alcance y se mantenga dentro del punto de ajuste al compensar las discrepancias persistentes.

* componente derivado (D)

Este término predice errores futuros basados en su tasa de cambio, proporcionando un efecto amortiguy disminuyendo el rebasmientras mejora la estabilidad del sistema. En aplicaciones de control de temperatura, su ganancia derivada determina la sensibilidad a los errores de tasa de cambio mientras ayuda a suavilos tiempos de respuesta para evitar fluctuaciones repentinas y asegurar un ajuste de temperatura más constante.

  3. la Principio de los controladores PID

Los controladores PID utilizan un mecanismo de bucle de retroalimentación, calculcontinuamente los valores de error y la aplicación de correcciones basadas en términos proporcionales, integrales y derivados. Here' funcionamiento práctico:

* mecanismo de retroalimentación: un controlador recibe la entrada de los sensores que miden las variables de proceso actuales para comparar con su punto de ajuste deseado y calcular cualquier discrepano desviación que surja en el medio. Luego calcula los errores encontrados.

* cálculo y corrección de errores continuos: el controlador PID ajusta la salida de control continuamente con el fin de minimizar el Error, por medio de un término proporcional que se dirige al Error actual, un término integral que corrierrores pasados acumulados a lo largo del tiempo, y un término derivado que anticiplos potenciales futuros.

* ejemplo práctico de controlador PID en la aplicación de calentamiento: en un sistema de calentamiento, cuando la temperatura baja por debajo de su punto de ajuste, el controlador PID aumenta la salida de calor, mientras que cuando las temperaturas aumentan más allá de este punto la disminuye; El término integral asegura que la temperatura alcance el punto de ajuste mientras que el término derivado evita que se produzcan excesos o oscil.

  4. Beneficios de los controladores PID

Los controladores PID ofrecen numerosas ventajas cuando se usan para varias aplicaciones:

* mayor precisión y estabilidad: los controladores PID ofrecen un control preciso mediante la integración de términos proporcionales, integrales y derivados - ayudando a minimizar la desviación desde el punto de ajuste.

* reducir el Overshoot y las oscil: el término derivado ayuda a amortigula respuesta del sistema, disminuyendo el Overshoot y las oscilcomunes a los métodos de control más simples.

Los controladores PID ofrecen versatia través de una gama de aplicaciones y sistemas, hacique sean altamente adaptables. Sus opciones de ajuste les permiten adaptarse sin problemas a diversos sistemas y condiciones de funcionamiento para una mayor adaptabilidad y aplicabilidad generalizada.

  5. Desafíos y limitaciones

Mientras que los controladores PID poseen numerosos beneficios, también presentan ciertos obstáculos y restricciones:

* sensibilidad al ruido: dado que los cálculos de derivadas miden los cambios en la tasa de error, cualquier ruido presente puede causar rápidamente fluctuaciones en la salida para conducir a fluctuaciones imprevistas y causar inestabilidad de la derivada de salida.

La afinación requiere experiencia y conocimiento de dinámica de sistemas: la afinación apropiada de un controlador PID requiere experiencia y un conocimiento profundo de dinámica de sistemas; Un ajuste incorrecto podría resultar en un mal rendimiento o inestabilidad del sistema.

* potencial de tiro derivado: cualquier cambio repentino a un punto de ajuste puede provocar un gran aumento en términos derivados conocidos como tiro derivado, lo que lleva a un comportamiento indeseable dentro de su sistema si su punto de ajuste cambia con frecuencia.

Los controladores PID tienen muchos usos debido a su precisión y fiabilidad: por ejemplo en agricultura y transporte.

* procesos industriales: los controladores PID juegan un papel indispensable en reactores químicos, hornos y otros procesos industriales mediante la gestión precisa de variables como temperatura, presión y caudal para la calidad del producto y propósitos de seguridad.

* Consumer Appliances: los controladores PID pueden mejorar el confort y la eficiencia energética en electrodomésticos como hornos y sistemas de HVAC al mantener una temperatura ideal, mejorando así los niveles de confort mientras se ahorra en el uso de energía.

* robótica y automatización: los controladores PID son comúnmente empleados en robótica para mover con precisión y suavilos brazos robóticos; En los sistemas de automatización regulan varios parámetros para alcanzar el máximo rendimiento.