Controllori PID e controllo PID nei sistemi di controllo
Il controllo PID sta per controllo proporzionale-integrale-derivativo. Il controllo PID è un meccanismo di feedback utilizzato in un sistema di controllo. Questo tipo di controllo è anche noto come controllo a tre termini e viene implementato da un regolatore PID. Calcolando e controllando tre parametri – il termine proporzionale, integrale e derivativo di quanto una variabile del processo si discosti dal valore desiderato del punto di riferimento – si possono ottenere diverse azioni di controllo per specifiche mansioni.
I regolatori PID sono considerati i migliori regolatori nella famiglia dei sistemi di controllo. Nicholas Minorsky ha pubblicato la relazione teorica sul regolatore PID. Per il controllo PID, il segnale d'azione consiste nel segnale d'errore proporzionale sommato con la derivata e l'integrale del segnale d'errore. Pertanto, il segnale d'azione per il controllo PID è:
La trasformata di Laplace del segnale d'azione che incorpora il controllo PID è
Esistono alcune azioni di controllo che possono essere ottenute utilizzando due dei tre parametri del regolatore PID. Due parametri possono funzionare mantenendo il terzo a zero. Quindi, il regolatore PID può diventare a volte PI (proporzionale-integrale), PD (proporzionale-derivativo) o anche solo P o I. Il termine D è responsabile della misurazione del rumore, mentre il termine integrale serve per raggiungere il valore obiettivo del sistema. In passato, il regolatore PID veniva utilizzato come dispositivo meccanico. Questi erano regolatori pneumatici compressi con aria. I regolatori meccanici includevano molla, leva o massa. Molti sistemi elettronici complessi sono dotati di un ciclo di controllo PID. Nella modernità, i regolatori PID vengono utilizzati nei PLC (controller logici programmabili) nell'industria. I parametri proporzionale, derivativo e integrale possono essere espressi come – Kp, Kd e Ki. Tutti e tre questi parametri hanno un effetto sul sistema di controllo a circuito chiuso. Essi influenzano il tempo di salita, il tempo di insediamento e l'overshoot, nonché l'errore a stato stazionario.
| Risposta di controllo | Tempo di salita | Tempo di insediamento | Overshoot | Errore a stato stazionario |
| Kp | diminuzione | piccola variazione | aumento | diminuzione |
| Kd | piccola variazione | diminuzione | diminuzione | nessuna variazione |
| Ki | diminuzione | aumento | aumento | eliminazione |
Il controllo PID combina i vantaggi delle azioni di controllo proporzionale, derivativo e integrale. Discutiamo brevemente queste azioni di controllo.
Controllo Proporzionale: Qui, il segnale d'azione per l'azione di controllo in un sistema di controllo è proporzionale al segnale d'errore. Il segnale d'errore è la differenza tra il segnale di ingresso di riferimento e il segnale di retroazione ottenuto dall'ingresso.
Controllo Derivativo: Il segnale d'azione consiste nel segnale d'errore proporzionale sommato con la derivata del segnale d'errore. Pertanto, il segnale d'azione per l'azione di controllo derivativo è dato da,
Controllo Integrale: Per l'azione di controllo integrale, il segnale d'azione consiste nel segnale d'errore proporzionale sommato con l'integrale del segnale d'errore. Pertanto, il segnale d'azione per l'azione di controllo integrale è dato da
Un regolatore PID ha alcune limitazioni, nonostante sia uno dei migliori regolatori nei sistemi di controllo. Il controllo PID è applicabile a molte azioni di controllo, ma non funziona bene nel caso del controllo ottimale. Il principale svantaggio è il percorso di feedback. Il PID non dispone di un modello del processo. Altri inconvenienti sono che il PID è un sistema lineare e la parte derivativa è sensibile al rumore. Una piccola quantità di rumore può causare grandi cambiamenti nell'uscita.
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