¿Qué hace un controlador PID? Entender su funcionalidad y aplicaciones

Descubrir lo que unControlador PIDLo hace, incluyendo su funcionalidad básica, componentes y aplicaciones en automatización industrial. Aprenda cómo los controladores PID mejoran la estabilidad del proceso y el rendimiento.

   1. Introduction to proportional-integral-derivatives Controllers (en inglés)

Los controladores PID (proporcional-integral-deriv) son partes integrales de la automatización industrial y los sistemas de control, utilizados para mantener los puntos de ajuste deseados minimizando los errores entre su punto de ajuste y las variables de proceso. Los controladores PID juegan un papel esencial en los controles de temperatura, presión y flujo donde un control preciso y estable es esencial para un rendimiento óptimo.

  2. Función básica del controlador PID

Control proporcional

Un componente proporcional de los controladores PID responde A los errores causados por las diferencias entre las variables de ajuste y de proceso ajustproporcionalmente la salida de control en respuesta A ellos. Una ganancia proporcional, también conocida como (K_p), establece la magnitud de la respuesta; Incrementar (K_p) puede proporcionar una mayor corrección para los errores dados; Sin embargo, si se establece demasiado alto podría conducir a la inestabilidad del sistema.

  3. Control Integral

El control Integral aborda la acumulación de errores pasados con el tiempo mediante la adición de errores sumados en la salida de control, eliminando el error residual de estado estacionque el control proporcional por sí solo no puede corregir. Una ganancia integral, conocida como K_i, controla cuán rápido se corrigen los errores pero demasiado alto de K_i puede causar oscilación de la operación del sistema.

  4. Control de derivados

El componente derivado reacciona a la tasa de cambio de un error anticipsu valor futuro basado en su tasa actual de cambio, ayudando a amortigula respuesta del sistema mientras disminuye el rebasy mejora la estabilidad. K_d, o el coeficiente de ganancia derivada determina su sensibilidad hacia los cambios en error's; Demasiado K_d puede aumentar el ruido dentro de su sistema.

  5. Cómo funcionan los controladores PID

Mecanismo de retroalimentación

Los controladores PID operan dentro de un mecanismo de bucle de retroalimentación en el que las variables del proceso se miden continuamente contra los valores de valor de ajuste para detectar cualquier desviación que cause error; Una vez detectados, estos datos de error se introducen en el algoritmo de control PID que calcula la salida de control en consecuencia.

Un algoritmo de Control utiliza términos proporcionales, integrales y derivados para ajustar los procesos en consecuencia. Una fórmula típica de salida de control PID (u(t)) podría ser algo así:

$$Por ejemplo,$$_p = K_e(t), K_i = IntE, y K_d es fractionde(t).dt

En el momento (t), un error (e(t)) surge y requiere corrección inmediata; Su componente proporcional (K_p e(t)), sin embargo, proporciona retroalimentación inmediata; K_i corrierrores pasados con el tiempo mientras que K_d anticiplos futuros proporciona respuestas inmediatas y corrección.

  6. Usos para controladores PID (Programmable Induced Delay controller)

Control de temperatura

Los controladores PID son ampliamente empleados como reguladores de temperatura. Los sistemas de climatización dependen de ellos para lograr el clima deseado mediante el ajuste de los elementos de calefacción o refrigeración según sea necesario; Los hornos industriales utilizan controladores PID para la regulación precisa de la temperatura durante procesos como la cocción, el curado y el tratamiento térmico.

Control de presión

El procesamiento químico y los sistemas hidráurequieren controladores PID para manejar la presión para operaciones seguras y efectivas, ayudando a prevenir daños al equipo mientras se asegura una calidad del producto consistente. Al controlar la presión en sus niveles deseados, estos controladores garantizan operaciones seguras con resultados de calidad del producto consistentes.

Control de flujo

Los controladores PID se utilizan en varias aplicaciones para gestionar el caudal de líquidos y gases. Las plantas de tratamiento de agua los utilizan para garantizar la calidad del agua consistente mediante el control de los flujos de agua y productos químicos, mientras que los sistemas de inyección de combustible utilizan controladores PID para optimizar la mezcla de combustible y aire para una combustión eficiente.

  7. Beneficios de los controladores PID

Los controladores PID ofrecen muchas ventajas para mejorar la estabilidad del proceso, reducir la variabilidad y mejorar el rendimiento del sistema. Al ajustar continuamente la salida de control basada en errores detectados en tiempo real, estos controladores PID ayudan a mantener su punto de ajuste deseado de manera más fiable, lo que resulta en operaciones más consistentes en general.

Ajuste y optimización

 La afinación de los controladores PID es clave para un rendimiento óptimo, y la afinimplica modificar sus ganancias (K_p), (K_i), y (K_d) en consecuencia para obtener respuestas deseadas. Las estrategias de afinación común pueden incluir:

* método de Ziegler-Nichols: este procedimiento heurístico establece todas las ganancias derivadas e integrales iguales a cero antes de aumentar la ganancia proporcional hasta que ocurra la oscilación del sistema, usando su ganancia última, así como el período de oscilación como base para calcular las ganancias PID.

* ensayo y Error: aumento gradual de los niveles de ganancia hasta encontrar un equilibrio aceptable entre la estabilidad y la capacidad de respuesta de su sistema.