Un controlador diferencial proporcional-integral es un dispositivo que se instala en sistemas automatizados para mantener un parámetro dado que es capaz de cambiar.
A primera vista, todo es confuso, pero el control PID también se puede explicar para tontos, es decir, personas que no están muy familiarizadas con los sistemas y dispositivos electrónicos.
Contenido
¿Qué es un controlador PID?
El controlador PID es un dispositivo integrado en el lazo de control con retroalimentación obligatoria. Está diseñado para mantener niveles establecidos de puntos de referencia, como la temperatura del aire.
El dispositivo suministra una señal de control o salida al dispositivo de control, en base a los datos recibidos de los sensores o sensores. Los controladores tienen altas tasas de precisión de los procesos transitorios y la calidad de la tarea.
Tres coeficientes del controlador PID y el principio de funcionamiento.
El trabajo del controlador PID es proporcionar una señal de salida de la cantidad de energía requerida para mantener la variable controlada en un nivel dado. Para calcular el indicador, se utiliza una fórmula matemática compleja, que incluye 3 coeficientes: proporcional, integral, diferencial.
Tomemos como objeto de regulación un recipiente con agua, en el que es necesario mantener la temperatura a un nivel dado ajustando el grado de apertura de la válvula con vapor.
El componente proporcional aparece en el momento de discrepancia con los datos de entrada. En palabras simples, suena así: se toma la diferencia entre la temperatura real y la temperatura deseada, se multiplica por un coeficiente ajustable y se obtiene una señal de salida que debe aplicarse a la válvula. Aquellos. tan pronto como caen los grados, comienza el proceso de calentamiento, se elevan por encima de la marca deseada: se apaga o incluso se enfría.
Luego viene el componente integral, que está diseñado para compensar el impacto del medio ambiente u otras influencias perturbadoras para mantener nuestra temperatura en un nivel determinado. Dado que siempre hay factores adicionales que afectan los dispositivos que se controlan, la cifra ya está cambiando en el momento en que se reciben los datos para calcular el componente proporcional. Y cuanto mayor es la influencia externa, más fuertes se producen las fluctuaciones del indicador. Se producen sobretensiones.
El componente integral intenta, basándose en valores de temperatura anteriores, devolver su valor si ha cambiado. El proceso se describe con más detalle en el siguiente vídeo.
Y luego se aplica la señal de salida del regulador, según el coeficiente, para aumentar o disminuir la temperatura. Con el tiempo, se selecciona el valor que compensa los factores externos y los saltos desaparecen.
La integral se utiliza para eliminar errores calculando el error estático. Lo principal en este proceso es elegir el coeficiente correcto, de lo contrario, el error (desajuste) también afectará el componente integral.
El tercer componente del PID es el diferenciador. Está diseñado para compensar la influencia de los retrasos que se producen entre el impacto en el sistema y la retroalimentación. El controlador proporcional suministra energía hasta que la temperatura alcanza el nivel deseado, pero cuando la información pasa al dispositivo, especialmente en valores grandes, siempre ocurren errores. Esto puede conducir a un sobrecalentamiento. El diferencial predice desviaciones causadas por retrasos o influencias ambientales y reduce la potencia suministrada por adelantado.
Ajuste del controlador PID
La sintonización del controlador PID se lleva a cabo mediante 2 métodos:
- La síntesis implica el cálculo de parámetros basados en el modelo del sistema. Esta configuración es precisa, pero requiere un conocimiento profundo de la teoría del control automático. Sólo está sujeto a ingenieros y científicos. Dado que es necesario eliminar las características de consumo y hacer un montón de cálculos.
- El método manual se basa en prueba y error. Para ello se toman como base los datos de un sistema ya terminado, se realizan algunos ajustes a uno o más coeficientes del regulador. Después de encender y observar el resultado final, los parámetros se cambian en la dirección correcta. Y así sucesivamente hasta alcanzar el nivel de rendimiento deseado.
El método teórico de análisis y ajuste rara vez se usa en la práctica, lo que se debe a la ignorancia de las características del objeto de control y un montón de posibles influencias perturbadoras. Los métodos experimentales basados en el monitoreo del sistema son más comunes.
Los procesos automatizados modernos se implementan como módulos especializados bajo el control de programas para ajustar los coeficientes del regulador.
Propósito del controlador PID
El controlador PID está diseñado para mantener un cierto valor en el nivel requerido: temperatura, presión, nivel en un tanque, flujo en una tubería, concentración de algo, etc., cambiando la acción de control en los actuadores, como válvulas de control automático, utilizando para su ajuste cantidades proporcionales, integradoras y diferenciadoras.
El propósito de su uso es obtener una señal de control precisa que sea capaz de controlar grandes industrias e incluso reactores de centrales eléctricas.
Ejemplo de control de temperatura
A menudo, los controladores PID se utilizan para controlar la temperatura, tomemos un ejemplo simple de calentamiento de agua en un tanque y consideremos este proceso automático.
Se vierte un líquido en el recipiente, que debe calentarse a la temperatura deseada y mantenerse en un nivel determinado. Un sensor de temperatura está instalado dentro del tanque - par termoeléctrico o termómetro de resistencia y está conectado directamente al controlador PID.
Para calentar el líquido, suministraremos vapor, como se muestra en la siguiente figura, con una válvula de control automático. La propia válvula recibe una señal del regulador.El operador ingresa el valor del punto de ajuste de temperatura en el controlador PID, que debe mantenerse en el tanque.
Si los coeficientes del controlador no se configuran correctamente, se producirán saltos en la temperatura del agua y la válvula estará completamente abierta o completamente cerrada. En este caso, es necesario calcular los coeficientes del controlador PID y volver a ingresarlos. Si todo se hace correctamente, después de un corto período de tiempo, el sistema igualará el proceso y la temperatura en el tanque se mantendrá en un nivel determinado, mientras que el grado de apertura de la válvula de control estará en la posición media.
Artículos similares:
