¿Qué es un control PID?

Anuncio
RaspberryPi

Un controlador o regulador PID es un dispositivo que permite controlar un sistema en lazo cerrado para que alcance el estado de salida deseado. El controlador PID está compuesto de tres elementos que proporcionan una acción Proporcional, Integral y Derivativa. Estas tres acciones son las que dan nombre al controlador PID.

Etapas de un control PID, se observa que el controlador toma la señal de referencia y le sustrae la señal de salida. Con esta señal llamada error se multiplican por distintas ganancias y se aplica esta señal al sistema, con lo que se logra aproximarse mejor al comportamiento deseado. Vía: Picuino.

La señal r(t) se denomina referencia e indica el estado que se desea conseguir en la salida del sistema y(t). En un sistema de control de temperatura, la referencia r(t) será la temperatura deseada y la salida y(t) será la temperatura real del sistema controlado.

Como puede verse en el esquema anterior, la entrada al controlador PID es la señal de error e(t). Esta señal indica al controlador la diferencia que existe entre el estado que se quiere conseguir o referencia r(t) y el estado real del sistema medido por el sensor, señal h(t).

Si la señal de error es grande, significa que el estado del sistema se encuentra lejos del estado de referencia deseado. Si por el contrario el error es pequeño, significa que el sistema ha alcanzado el estado deseado.

Anuncio
RaspberryPi

Sintonización manual de un controlador PID

Al proceso de ajustar las ganancias para lograr el comportamiento deseado del sistema se le llama sintonización del controlador. Para sintonizar exitosamente las ganancias de un control PID, se sigue de este modo:

1º – Acción Proporcional. Se aumenta poco a poco la acción proporcional para disminuir el error (diferencia entre el estado deseado y el estado conseguido) y para aumentar la velocidad de respuesta. Si se alcanza la respuesta deseada en velocidad y error, el PID ya está sintonizado. Si el sistema se vuelve inestable antes de conseguir la respuesta deseada, se debe aumentar la acción derivativa.

2º – Acción Derivativa. Si el sistema es demasiado inestable, se aumentará poco a poco la constante derivativa Kd para conseguir de nuevo estabilidad en la respuesta.

3º – Acción Integral. En el caso de que el error del sistema sea mayor que el deseado, se aumentará la constante integral Ki hasta que el error se minimice con la rapidez deseada. Si el sistema se vuelve inestable antes de conseguir la respuesta deseada, se debe aumentar la acción derivativa.

Con estas sencillas reglas es sencillo afinar poco a poco el controlador PID hasta conseguir la respuesta deseada.

Demostracion de una maqueta de un servomotor con un controlador PID. En este caso el potenciómetro le da la posición al motor. Los otros tres potenciometros ajustan la ganancia proporcional, integral, y derivativa. Vía: Horizon 4 Electronics

Aplicaciones del control PID

El control PID se aplica a sistemas que requieran de una alta precisión, como aplicaciones de temperatura o presión, en donde la salida final del sistema debe ser lo más cercana a la salida deseada. Además, con los controladores PID se logra ajustar parámetros como la velocidad de respuesta y el sobrepaso, vitales en sistemas de posicionamiento.

Conclusiones:

Un controlador PID puede aplicarse a cualquier sistema o aplicación. Se usa comúnmente para controlar la posición de algún elemento mecánico, como puede ser un servomotor. Sin embargo, su uso se puede extender a controles de temperatura, velocidad, potencia, entre otros.

Referencias:

Controlador PID

Wikipedia: Controlador PID

Wikipedia: Sistema de control

Wikipedia: Servomotor