¿Qué es controlador de temperatura PID?

1. introducción

La regulación de temperatura es un requisito básico para una amplia gama de aplicaciones en entornos industriales, científicos y comerciales. Las condiciones térmicas estables no son sólo una elección, sino un requisito para muchas aplicaciones. Pueden garantizar la eficiencia operativa, proteger la integridad de los productos o materiales, cumplir con las normas de seguridad, optimizar el uso de la energía, etc. Los omnipresentes termostaton /off no son capaces de satisfacer las necesidades de hoy en día#39;s aplicaciones que requieren un control fino y estabilidad. Para superar estas restricciones, se han desarrollado estrategias de control sofisticadas, entre las que destaca el algoritmo de control proporcional-integral-deriv(PID). Este dispositivo, el control de temperatura PID, implementa este algoritmo y ofrece una solución eficaz y fiable a los problemas de regulación de temperatura. El artículo proporcionará una exploración en profundidad de lo que es un controlador PID, usando como foco principal un controlador PID que regula la temperatura dentro de una pequeña carcasa. Este artículo proporcionará una exploración detallada del significado de un controlador de temperatura PID, usando como su foco central un ejemplo específico diseñado para regular la temperatura interna en una carcasa electrónica pequeña. Diseccionando y examinando este ejemplo particular, describiendo su operación en un sistema de bucle cerrado, ilustrando su aplicación y discutiendo su proceso de afin, usted puede ganar una comprensión profunda y tangible sobre cómo un PID trabaja en la práctica. Es el objetivo de proporcionar una exposición detallada y clara que cumpla con el E-E-A. T (pericia, pericia y autoridad) criterios en el área de control de temperatura y sistemas de control.

2. The PID Algorithm: proportional-integral-derivatives Explained (en inglés)

PID es el núcleo intelectual de los sofisticados controles de temperatura. The PID algorithm (en inglés)#39; función principal es calcular una corrección basada en la comparación del estado medido y deseado del sistema. La acción correctiva#El objetivo de 39 es minimizar la diferencia, también conocida como señal de error. Examinando el PID&#Las partes constitu39;s nos ayudarán a entender mejor el algoritmo.

La señal de error se deriva en primer lugar por una comparación muy simple pero crucial. El punto de ajuste es la temperatura deseada del sistema. El usuario puede establecer una temperatura objetivo. La Variable de proceso también es importante, ya que es la temperatura que actualmente está siendo medida por el sensor en el sistema. La diferencia entre Setpoint y Variable de proceso es la señal de error: error = Setpoint-Process Variable. Esta error&#La magnitud y señal de 39;s determinan las acciones correctivas.

PID calcula acciones correcbasadas en tres componentes que cada uno contribuye a un aspecto particular de control.

Proporcional Term (P): este término produce una señal de control que es directamente proporcional a la magnitud de la señal de error. Esto puede ser expresado matemáticamente por P_output = Error * Kp, donde Kp es la ganancia proporcional. Esta ganancia proporcional es lo que determina la fuerza de la respuesta a un error. La ganancia proporcional aumenta con un error mayor, y viceversa. P-term's función principal es reducir el error inmediatamente. A menudo resulta en errores residuales; Por ejemplo, el sistema puede no alcanzar el punto de ajuste exactamente y continuar a la deriva.

Término Integral (I): este término se refiere a la acumulación de errores en el tiempo. La señal de error se integra con el tiempo, normalmente representada por I_output=Ki * Errordt donde Ki representa la ganancia Integral. El término I resume continuamente la señal de error. El objetivo principal del término I es eliminar los errores de estado estacionario, el pequeño error dejado por el término p. El término I aumenta su salida si el error continúa, sin importar cuán pequeño sea. Esto impulsará el actuador para intentar y para quitar el error. El término I tiene una desventaja significativa si hay un error recurrente (como la oscilación en el punto de ajuste) porque la integral puede conducir a un rebaso o inestabilidad.

Términos derivados (D) : este término se basa en la velocidad a la que cambia la señal de error. La derivada se calcula (d(Error/dt), y se genera una salida que contrarresta cambios rápidos. Matemáticamente D_output es igual a Kd* d(Error/dt), donde Kd representa la ganancia derivada. D actúa como una fuerza de amortigu. El término D predice errores en el futuro basándose en las tendencias actuales y suavilas señales de control. La anticipación reduce las oscilque pueden ocurrir cuando los términos P o I son demasiado agresivos y hacen que la temperatura fluctúexcesivamente entre el punto de ajuste y el exterior. D-term también ayuda a acelerar la respuesta inicial porque anticipla necesidad de correcciones antes de que sean grandes. El término D es sensible al ruido que puede ocurrir en una señal de error y podría causar que el controlador actúe erráticamente.

Esta combinación de tres términos se suele hacer sumando hasta crear la señal final. El actuador recibe esta señal para realizar la acción requerida. Es importante equilibrar los términos P, D e I y afinarlos para lograr el nivel requerido de estabilidad y precisión.

3. ¿Cuál es la diferencia entre "controlador" Y "temperatura"?

R. el "controlador", en su forma más simple, es un dispositivo que compara el estado del sistema con el estado deseado. Luego ajusta las salidas para minimizar las diferencias entre los dos Estados. El controlador se utiliza para controlar los niveles de temperatura y regular el calentamiento o enfriamiento con el fin de alcanzar la temperatura deseada.

B. la temperatura es la medida de qué tan caliente o fría está una sustancia, usualmente usando un sensor de temperatura. Es la medida que el sistema PID utiliza para regular la temperatura del proceso.

El"Controlador de temperatura PID" Es, por tanto, una combinación de estos conceptos. Utiliza los algoritmos PID, que se implementen en una unidad de control, para comparar una temperatura medida (el proceso variable) con una temperatura de punto de ajuste y luego ajusta el elemento de calefacción o dispositivo de refrigeración (el actuador), en consecuencia, para mantener esa temperatura.

4. Los componentes clave en un controlador PID

Aunque la complejidad de un sistema PID puede variar, usualmente involucra varios componentes que trabajan juntos. Es importante entender estos componentes para comprender completamente el significado y propósito del controlador de temperatura PID.

B. interfaz para Sensor de temperatura: el componente responsable de la medición de una variable de proceso, la temperatura del sistema. Es importante que el sensor tenga una alta precisión y fiabilidad. Los tipos más comunes son los termistores (también conocidos como detectores de temperatura de resistencia o RTDs), termopares y sensores digitales como el DS18B20. La selección del sensor depende de su rango de temperatura, precisión y aplicación. Típicamente, se conecta con la lógica del controlador a través de interfaces digitales tales como señales analógicas y de 1 hilo.

The PID controller& (en inglés)#39;s cerebro es C. Comparer/controlador lógica: la función principal del controlador es calcular y utilizar la señal de error, que es la diferencia entre la temperatura de ajuste y la variable de proceso. Contiene software o hardware que calcula la integral, derivada y términos proporcionales, luego los combina en la señal de control final. Esta lógica puede ser implementada en un microcontrolador.

Un actuador es un dispositivo que toma la señal de control del controlador lógico y afecta directamente a la variable del proceso (temperatura). Es el actuador#39;s la responsabilidad de llevar a cabo las acciones correccalculadas por el algoritmo PID. Los relés de estado sólido se utilizan comúnmente en los sistemas de control de temperatura para cambiar los elementos de calefacción o refrigeración. También se pueden utilizar relés mecánicos, pero los SSR tienden a ser preferidos debido a sus rápidas velocidades de conmutación y la falta de partes móviles. El controlador envía señales específicas a los actuadores. Esto podría ser señal de modulación de ancho de pulso (PWM), señal de volta/ corriente directa o control de señal de interruptor SSR. El actuador controla la cantidad de energía que se entrega al elemento de refrigeración o calefacción.

5. Sistema de Control de circuito cerrado

Los sistemas de circuito cerrado usan retroalimentación para controlar las variables de proceso. Los sistemas de bucle cerrado son a menudo ejemplificados por el control de temperatura PID.

B. esta operación se realiza de la siguiente manera: el sensor de temperatura envía la información sobre la temperatura al controlador lógico. Esta medición se compara con la temperatura de ajuste por el controlador. Esta diferencia se llama señal de Error. Esta señal de error es procesada por el algoritmo PID, que genera una respuesta correc. A continuación, el actuador ajusta el calentamiento o la refrigeración. El sensor mide la nueva temperatura después del ajuste, y esto se utiliza para proporcionar retroalimentación. Esta nueva información es utilizada por el controlador para determinar la siguiente acción correccional. El ciclo entonces continúa. El sistema se ajusta constantemente a la temperatura deseada mediante este circuito cerrado.

Los sistemas de bucle cerrado se utilizan para crear un bucle de retroalimentación en un controlador PID. El controlador continuamente compara la temperatura de la variable de proceso (el punto de ajuste) con la temperatura que se desea (la temperatura real) y ajusta el calentador/refriger(actuador), para reducir el error.

6. Ejemplos de aplicación útiles: significado

Let's mira un caso simple para entender mejor lo que es un controlador PID: regula la temperatura en una caja pequeña.

B. Imagine que una pequeña carcasa electrónica contiene componentes sensibles que son dañados por el calor. El valor de ajuste se establece en 50degC. El controlador utiliza un DS18B20 para determinar la temperatura interna. Los datos del Sensor se envían a la lógica del controlador (por ejemplo, un microcontrolador). Los microcontroladores calculan el error. (temperatura actual menos 50degC). Basado en el error, PID calcula los términos P, I y D. Este controlador produce un PWM para representar la acción correccalculada (por ejemplo, el aumento de la potencia de calentamiento). La señal de control PWM ajusta el elemento calent12v conectado a la carcasa mediante un SSR. Este sistema mide continuamente la temperatura, calcula el error y luego ajusta la potencia de calentamiento. El sistema de circuito cerrado asegura que la temperatura dentro del dispositivo se mantenga cerca de 50degC. Este es un buen ejemplo de cómo funciona un controlador PID. Ajusta continuamente un actuador (componente de calentamiento) con el fin de mantener la temperatura establecida.

En este ejemplo, el controlador PID está claramente definido: es un sistema PID que usa términos proporcionales integrales y derivados para determinar el ajuste requerido para el elemento calent. Esto se hace mediante el uso de un bucle de retroalimentación continua para medir la temperatura del calentador y compararlo con el punto de ajuste. La temperatura puede regularse de forma precisa y constante dentro de la carcasa.

7. Las ventajas de usar un controlador de temperatura PID

El controlador PID es una opción popular en muchas aplicaciones que requieren un control preciso de la temperatura.

B. estas ventajas se basan en el algoritmo PID#39;s capacidad para gestionar la señal de error y proporcionar los siguientes beneficios.

C. precisión: debido a que el algoritmo PID puede calcular acciones correcbasadas en errores, es capaz de regular la temperatura con mucha precisión. Alta precisión significa que el controlador es capaz de mantener las variables de proceso muy cerca del punto de ajuste. El término PID se usa para lograr esto: el P-term proporciona una corrección inmediata that's proporcional al error. El I-term elimina el error de estado estacionario con el tiempo. Y el D-term se anticipa a los cambios y evita excesos y oscil. Alta precisión significa que el controlador es capaz de mantener la temperatura dentro de tolerancias ajustadas. Esto es crucial para proteger componentes sensibles y garantizar un funcionamiento fiable.

Operación estable: el término d en el algoritmo PID ayuda a prevenir oscil. Un funcionamiento estable significa que el sistema se asienta en el punto de preajuste, sin ciclos excesivos o fluctuaciones. El término d amortigua la respuesta y anticiplos cambios, evitando que el sistema oscile violentamente. Un funcionamiento estable permite mantener la temperatura de forma predecible y fiable.

Eficiencia energética: los algoritmos PID proporcionan controles precisos que permiten al controlador ajustar con precisión la potencia de calentamiento. La eficiencia energética significa que el controlador solo aplica la potencia necesaria para alcanzar y mantener las temperaturas deseadas. El sistema reduce el consumo de energía al evitar un calentamiento innecesario. La eficiencia energética significa que el sistema reduce la energía residual.

F. confiabilidad: la definición de confiabilidad es la habilidad de realizar su función consistentemente en el tiempo. Este significado es influenciado por los componentes seleccionados para el controlador. Este es el significado de confiabilidad: que el sistema proporcionará una regulación de temperatura confiable.

Flexibilidad se refiere al hecho de que el controlador es adaptable para diferentes aplicaciones, cambiando su sensor, actuador y setpoint. Flexibilidad es la capacidad de utilizar el controlador en diferentes escenarios que requieren regulación de temperatura.