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

Aprenda cómo funcionan los controladores PID, incluyendo sus componentes, principios de trabajo, métodos de afin, ventajas y aplicaciones en varias industrias. Descubre la importancia de los controladores PID para mantener la estabilidad y el rendimiento del sistema.

  1. Controladores proporcional-integral-derivados

Los controladores PID, o sistemas de control proporcional-integral-derivado, son sistemas de control de retroalimentación ampliamente utilizados en entornos industriales. Los controladores PID usan valores de error calculados como la diferencia entre el punto de ajuste deseado y la variable de proceso medida para hacer correcciones basadas en términos proporcionales, integrales y derivados - proporcionando un control de estado continuo para mantener condiciones específicas como temperatura, presión o niveles de velocidad dentro de la tolerancia específica. Calculando continuamente errores usando ecuaciones que usan valores de error calculados continuamente a partir de valores de error calculados a través de cálculos de error que tienen los términos de corrección de error en cuenta para los términos de corrección basados en la corrección de error aplicados proporcionalmente derivada integral y términos derivados según las correcciones necesarias pueden ser necesarias.

  2. Componentes básicos de un controlador PID

 Componentes esenciales de un controlador PID 1. Elementos esenciales de un controlador PID para un buen funcionamiento [1. Los siguientes son componentes esenciales de un controlador PID [1.1

Componente proporcional (P)

* el componente proporcional produce un valor de salida que se corresponde directamente con los valores de error actuales; Su ganancia proporcional determina cómo responder; Si su ganancia llegara a ser demasiado grande, el sistema podría volverse inestable. 2

Componente Integral (I) * el componente Integral es responsable de recoger los errores pasados; Si un problema ha persistipor mucho tiempo, su acumulación aumenta eliminando así los errores residuales de estado estacionasociados con los controladores proporcionsolamente.

Componente derivado (D) * el componente derivado predice errores futuros basados en su tasa de cambio, ayudando a reducir el rebasmientras simultáneamente estabiliza sistemas con su efecto amortigu.

  3. Principio de funcionamiento

Los controladores PID funcionan a través de un mecanismo de retroalimentación. Su controlador calcula continuamente un valor de error que representa la diferencia entre los valores deseados de ajuste y los valores reales de las variables del proceso y aplica la corrección basada en términos proporcionales, integrales y derivados para corregirlo.

* término proporcional: este término produce una salida que se relaciona directamente con el error actual. Así que si el error actual es grande, su respuesta también debería ser grande para rectificarlo rápidamente.

* término Integral: este término resume errores pasados para eliminar cualquier error de estado estacionario residual y asegurar que la variable de proceso eventualmente alcance y se mantenga en el punto de ajuste en el tiempo.

* término derivado: este término responde a la tasa de cambio de un error, proporcionando una acción predictiva que ayuda a minimizar el overshoot y las oscil.

  4. Afinun controlador PID

Afinar un controlador PID implica seleccionar ganancias óptimas para sus términos proporcionales, integrales y derivados - con la afinadecuada es crucial para la estabilidad del sistema y el rendimiento. Hay varias técnicas para afinar controladores PID:

1. WLL ajuste Manual: W illingly hacer cambios para obtener ajustes mientras que el seguimiento de las respuestas del sistema requiere experiencia e intuición para completar con éxito.

2. Método de Ziegler-Nichols: esta heurística popular proporciona un método sistemático efectivo de afin. Para lograr esta tarea, establezca todas las ganancias derivadas e integrales iguales a cero mientras aumenta gradualmente la ganancia proporcional hasta que la oscilación del sistema alcance amplitud constante.

3. Herramientas de Software iterativo: los sistemas de control modernos a menudo utilizan herramientas de Software capaces de configurar automáticamente los controladores PID basados en la identificación del sistema y algoritmos de optimización.

  5. Ventajas y desventajas

* versati: los controladores PID pueden ser aplicados en muchas aplicaciones.

* simplicidad: They' es fácil de comprender e implementar.

Los controladores PID ofrecen un excelente rendimiento cuando se ajustan correctamente. * efectividad: cuando se utilizan correctamente, los controladores PID pueden entregar un rendimiento de control sobresali.

Desventajas: (*1) complejidad de ajuste: determinar las ganancias óptimas puede ser un reto y consumir mucho tiempo, necesitando repetidos ensayos de prueba y error para encontrar ganancias óptimas para una aplicación.

* sensibilidad al ruido: los términos derivados pueden amplificar el ruido dentro de un sistema y conducir a la inestabilidad.

* no linealidad: los controladores PID no pueden funcionar de manera óptima cuando se aplican directamente a sistemas altamente no lineales sin modificaciones especiales o consideraciones adicionales que se implement.

  6. Aplicaciones de los controladores PID

Los controladores PID se han convertido en un elemento esencial en muchas industrias debido a su versatiy robuste, a menudo encontrando uso en varios campos tales como:

* fabricación: el control de la temperatura del horno, los niveles de presión de la caldera y la velocidad de las bandas transportadoras es fundamental para el éxito en este campo.

* robótica: asegura el movimiento preciso y el posicionamiento de los brazos robóticos.

* sistemas de HVAC: preservando las temperaturas y niveles de humedad óptidentro de los edificios.

* automotor: regulación de la velocidad del motor y sistemas de inyección de combustible.