Un controller PID, un acronimo di controller derivato proporzionale - integrale, è un meccanismo di controllo ampiamente usato nel campo dell'automazione e dell'ingegneria. Come fornitore di controller, ho assistito in prima persona al significato e alla versatilità dei controller PID in varie applicazioni industriali e commerciali. In questo blog, approfondirò ciò che è un controller PID e come funziona.
Cos'è un controller PID?
Nel suo centro, un controller PID è un sistema di controllo del feedback che calcola continuamente un valore di errore come differenza tra un setpoint desiderato e una variabile di processo misurata. Sulla base di questo errore, calcola un output di controllo per ridurre al minimo l'errore nel tempo. I tre termini - proporzionali, integrali e derivati - lavorano in tandem per raggiungere questo obiettivo.
Termine proporzionale (p)
Il termine proporzionale è direttamente proporzionale all'errore corrente. Quando esiste una deviazione tra il setpoint e la variabile di processo, il controller genera un output proporzionale a questo errore. Ad esempio, se il setpoint per un sistema di controllo della temperatura è di 50 ° C e la temperatura di corrente è di 40 ° C, l'errore è di 10 ° C. Il guadagno proporzionale (KP) viene moltiplicato per questo errore per produrre un output di controllo. Un valore KP più elevato comporterà un output di controllo più ampio per lo stesso errore, facendo rispondere al sistema in modo più aggressivo. Tuttavia, se KP è impostato troppo in alto, può portare al superamento, in cui la variabile di processo supera il setpoint e oscilla attorno ad esso.
Termine integrale (i)
Il termine integrale tiene conto dell'errore accumulato nel tempo. Riassume tutti gli errori passati e moltiplica questa somma per il guadagno integrale (KI). Questo termine è utile per eliminare gli errori di stato costante. In alcuni sistemi, anche dopo che il termine proporzionale ha adeguato l'output di controllo, potrebbe esserci ancora un piccolo errore costante. Il termine integrale aumenta gradualmente l'output di controllo fino a quando questo errore non viene eliminato. Ad esempio, in un sistema di controllo della velocità per un motore, se esiste una piccola differenza costante tra la velocità desiderata e la velocità effettiva, il termine integrale continuerà ad aumentare il segnale di controllo fino a quando la velocità raggiunge il setpoint.
Termine derivato (d)
Il termine derivato si basa sul tasso di variazione dell'errore. Calcola la pendenza della curva di errore e la moltiplica per guadagno derivato (KD). Questo termine aiuta a prevedere errori futuri e oscillazioni smorzanti. Quando l'errore sta cambiando rapidamente, il termine derivato genererà un grande controllo di controllo nella direzione opposta per rallentare il cambiamento. Ad esempio, in un sistema di controllo della posizione del braccio robotico, se il braccio si avvicina al setpoint troppo rapidamente, il termine derivato ridurrà il segnale di controllo per prevenire il superamento.
Come funziona un controller PID?
Il funzionamento di un controller PID può essere suddiviso in una serie di passaggi:
Passaggio 1: definizione del setpoint
Il primo passo è definire il valore o il setpoint desiderato per la variabile di processo. Questa potrebbe essere una temperatura, una pressione, una velocità o qualsiasi altra quantità fisica che deve essere controllata. Ad esempio, in un sistema di riscaldamento domestico, il setpoint potrebbe essere impostato a 22 ° C dal proprietario della casa.
Passaggio 2: misurazione variabile di processo
Il valore effettivo della variabile di processo viene misurato usando un sensore. Nel caso del sistema di riscaldamento domestico, verrebbe utilizzato un sensore di temperatura per misurare l'attuale temperatura ambiente.
Passaggio 3: calcolo dell'errore
L'errore viene calcolato come differenza tra il setpoint e la variabile di processo misurata. Se il setpoint è di 22 ° C e la temperatura misurata è di 20 ° C, l'errore è di 2 ° C.
Passaggio 4: calcolo dell'uscita di controllo
Il controller PID calcola quindi l'output di controllo utilizzando la seguente formula:
[u (t) = k_p e (t) + k_i \ int_ {0}^{t} e (\ tau) d \ tau + k_d \ frac {de (t)} {dt}]
dove (u (t)) è l'output di controllo al tempo (t), (e (t)) è l'errore al tempo (t), (k_p) è il guadagno proporzionale, (k_i) è il guadagno integrale e (k_d) è il guadagno derivato.
Passaggio 5: controllo dell'attuatore
L'output di controllo calcolato viene inviato a un attuatore, che è un dispositivo che può modificare la variabile di processo. Nel sistema di riscaldamento domestico, l'attuatore potrebbe essere un riscaldatore. L'uscita di controllo determina la potenza fornita al riscaldatore, aumentando o diminuendo la produzione di calore per avvicinare la temperatura al setpoint.
Passaggio 6: monitoraggio continuo e regolazione
Il controller PID ripete continuamente i passaggi 2 - 5, monitorando la variabile di processo, calcolando l'errore e regolando l'uscita di controllo fino a quando l'errore non viene ridotto.
Applicazioni dei controller PID
I controller PID vengono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, tra cui:
Automazione industriale
Negli impianti di produzione, i controller PID vengono utilizzati per controllare la temperatura, la pressione e la portata di vari processi. Ad esempio, in un impianto chimico, un controller PID può essere utilizzato per mantenere la temperatura di un recipiente di reazione con un valore specifico per garantire la qualità del prodotto chimico.
Robotica
I controller PID sono essenziali per controllare la posizione, la velocità e la forza di armi e articolazioni robotiche. Aiutano i robot a svolgere compiti precisi come Pick e - Posizionare operazioni e saldatura.
Sistemi HVAC
I sistemi di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC) utilizzano controller PID per mantenere un ambiente interno comodo. Controllano la temperatura, l'umidità e il flusso d'aria negli edifici.
Le nostre offerte controller
Come fornitore di controller, offriamo una varietà di controller di alta qualità, incluso ilController di regolazione EPC Stepless, ILController portatile EPCe ilController di vetro Dimming PDLC.
Il controller di regolazione EPC Stepless fornisce un controllo preciso e continuo, consentendo la messa a punto della variabile di processo. È adatto per applicazioni in cui è richiesto un alto livello di precisione. Il controller portatile EPC, d'altra parte, è progettato per la portabilità e la facilità d'uso. Può essere utilizzato in una varietà di impostazioni, rendendolo un'opzione versatile per diversi progetti. Il controller di vetro Dimming PDLC è specificamente progettato per il controllo della trasparenza del vetro Dimming PDLC, che è ampiamente utilizzato in edifici intelligenti e applicazioni automobilistiche.
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Riferimenti
- Åström, KJ e Hägglund, T. (2006). Controller PID: teoria, design e sintonizzazione. STRUMENT SOCIETY of America.
- Dorf, RC e Bishop, RH (2017). Sistemi di controllo moderni. Pearson.
