Um controlador proporcional-integral diferencial é um dispositivo que é instalado em sistemas automatizados para manter um determinado parâmetro que é capaz de mudar.
À primeira vista, tudo é confuso, mas o controle PID também pode ser explicado para manequins, ou seja, pessoas que não estão muito familiarizadas com sistemas e dispositivos eletrônicos.
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O que é um controlador PID?
O controlador PID é um dispositivo embutido na malha de controle com feedback obrigatório. Ele foi projetado para manter os níveis definidos de pontos de ajuste, como a temperatura do ar.
O dispositivo fornece um sinal de controle ou saída ao dispositivo de controle, com base nos dados recebidos dos sensores ou sensores. Os controladores apresentam altas taxas de precisão dos processos transitórios e da qualidade da tarefa.
Três coeficientes do controlador PID e o princípio de operação
O trabalho do controlador PID é fornecer um sinal de saída da quantidade de energia necessária para manter a variável controlada em um determinado nível. Para calcular o indicador, é usada uma fórmula matemática complexa, que inclui 3 coeficientes - proporcional, integral, diferencial.
Tomemos como objeto de regulação um recipiente com água, no qual é necessário manter a temperatura em um determinado nível ajustando o grau de abertura da válvula com vapor.
O componente proporcional aparece no momento de desacordo com os dados de entrada. Em palavras simples, soa assim - a diferença entre a temperatura real e a temperatura desejada é tomada, multiplicada por um coeficiente ajustável e é obtido um sinal de saída, que deve ser aplicado à válvula. Aqueles. assim que os graus caem, o processo de aquecimento começa, eles sobem acima da marca desejada - desliga ou até esfria.
Em seguida, vem o componente integral, projetado para compensar o impacto do ambiente ou outras influências perturbadoras na manutenção de nossa temperatura em um determinado nível. Como sempre há fatores adicionais que afetam os dispositivos que estão sendo controlados, o valor já está mudando no momento em que os dados são recebidos para calcular o componente proporcional. E quanto maior a influência externa, mais fortes ocorrem as flutuações do indicador. Ocorrem picos de energia.
O componente integral tenta, com base nos valores de temperatura anteriores, retornar seu valor caso tenha sido alterado. O processo é descrito com mais detalhes no vídeo abaixo.
E então o sinal de saída do regulador, de acordo com o coeficiente, é aplicado para aumentar ou diminuir a temperatura. Com o tempo, o valor que compensa os fatores externos é selecionado e os saltos desaparecem.
A integral é usada para eliminar erros calculando o erro estático. O principal neste processo é escolher o coeficiente correto, caso contrário, o erro (incompatibilidade) também afetará o componente integral.
O terceiro componente do PID é o diferenciador. Ele é projetado para compensar a influência dos atrasos que ocorrem entre o impacto no sistema e o feedback. O controlador proporcional fornece energia até que a temperatura atinja o nível desejado, mas quando a informação passa para o dispositivo, principalmente em grandes valores, sempre ocorrem erros. Isso pode levar ao superaquecimento. O diferencial prevê desvios causados por atrasos ou influências ambientais e reduz antecipadamente a potência fornecida.
Ajuste do controlador PID
O ajuste do controlador PID é realizado por 2 métodos:
- A síntese implica o cálculo de parâmetros com base no modelo do sistema. Esta configuração é precisa, mas requer profundo conhecimento da teoria do controle automático. Está sujeito apenas a engenheiros e cientistas. Uma vez que é necessário remover as características de consumo e fazer um monte de cálculos.
- O método manual é baseado em tentativa e erro. Para fazer isso, os dados de um sistema já finalizado são tomados como base, alguns ajustes são feitos em um ou mais coeficientes do regulador. Após ligar e observar o resultado final, os parâmetros são alterados na direção correta. E assim sucessivamente até atingir o nível de desempenho desejado.
O método teórico de análise e ajuste raramente é usado na prática, devido ao desconhecimento das características do objeto de controle e de um monte de possíveis influências perturbadoras. Métodos experimentais baseados no monitoramento do sistema são mais comuns.
Modernos processos automatizados são implementados como módulos especializados sob o controle de programas para ajustar os coeficientes do regulador.
Objetivo do controlador PID
O controlador PID é projetado para manter um determinado valor no nível necessário - temperatura, pressão, nível em um tanque, vazão em uma tubulação, concentração de algo, etc., alterando a ação de controle em atuadores, como válvulas de controle automático, usando quantidades proporcionais, integrando e diferenciando para sua configuração.
O objetivo do uso é obter um sinal de controle preciso que seja capaz de controlar grandes indústrias e até mesmo reatores de usinas.
Exemplo de controle de temperatura
Muitas vezes os controladores PID são usados para controlar a temperatura, vamos dar um exemplo simples de aquecimento de água em um tanque e considerar esse processo automático.
Um líquido é derramado no recipiente, que deve ser aquecido até a temperatura desejada e mantido em um determinado nível. Um sensor de temperatura é instalado dentro do tanque - par termoelétrico ou Termômetro de resistência e está diretamente conectado ao controlador PID.
Para aquecer o líquido, forneceremos vapor, conforme mostrado na figura abaixo, com uma válvula de controle automático. A própria válvula recebe um sinal do regulador.O operador insere o valor do setpoint de temperatura no controlador PID, que deve ser mantido no tanque.
Se os coeficientes do controlador não estiverem configurados corretamente, ocorrerão saltos na temperatura da água, com a válvula totalmente aberta ou totalmente fechada. Neste caso, é necessário calcular os coeficientes do controlador PID e reinseri-los. Se tudo for feito corretamente, após um curto período de tempo o sistema uniformizará o processo e a temperatura no tanque será mantida em um determinado nível, enquanto o grau de abertura da válvula de controle estará na posição intermediária.
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