PID Control for Dummies está diseñado para aquellos que buscan una mejor comprensión del control PID sin empantanarse en complejos conceptos técnicos.
Tanto si eres un técnico como un estudiante en el campo de la instrumentación, este artículo pretende ser un recurso que te guíe hacia el conocimiento del controlador pid.
Aprenderá sobre los orígenes del control, cómo funciona el PID, la importancia del control PID en diferentes industrias y consejos para optimizar su proceso.
Es difícil hablar de la regulación de los EPI sin referirse a su historia. A principios del siglo XX, Nicolas Minorsky observó que los buques eran incapaces de mantener un rumbo constante a pesar de los continuos esfuerzos del personal de pilotaje.
El Sr. Minorsky desarrolló entonces una solución a esta necesidad: el uso de un controlador automático que, aprovechando las diferencias entre la dirección deseada y el rumbo real, podía ajustar el timón para garantizar una navegación más suave.
Esta fue la base del nacimiento del control PID, y su efecto en el control de los procesos industriales ha sido mayúsculo.
Para entender fácilmente cómo funciona un regulador PID, veamos un ejemplo sencillo y habitual de lazo de control : un horno de cerámica.
La temperatura en el interior del horno debe mantenerse constante, por ejemplo a 800°C.
En lugar de un simple sistema de control de todo o nada (el horno se enciende o se apaga), el controlador de temperatura PID mantendrá esta temperatura constante para evitar cualquier desviación que pueda deteriorar la calidad del producto dentro del horno.
Así es como funciona.
El inicio del proceso de control implica un sensor de temperatura termopar que controla la temperatura en el interior del horno.
Esta medida de temperatura se compara con la temperatura de consigna (800°C en este ejemplo).
Ladiferencia entre estos dos valores, conocida como error, se envía al regulador PID, que formula una acción de corrección en la salida para reducir el error.
Esta corrección es el producto de tres funciones o magnitudes: los términos Proporcional (P), Integral (I ) y Derivativo (D) forman el acrónimo PID (Proportional Integral Derivative).
La acción de la banda proporcional equivale a multiplicar el error por un coeficiente proporcional (Kp). Esta acción ajusta la salida del regulador de forma que sea proporcional al error. Por tanto, si el error o la perturbación es grande, la corrección también lo será, y viceversa.
La acción integral pretende eliminar el error persistente acumulando los errores pasados e integrándolos en el tiempo. Esta acción acerca progresivamente el sistema a la consigna ajustando la salida en función del error integrado. El coeficiente integral (Ki) determina la influencia de este componente.
La acción derivada se refiere a la tasa de variación del error. Esta acción predictiva permite al sistema reaccionar ante futuros acontecimientos basándose en las tendencias observadas. El coeficiente derivado (Kd) ajusta la influencia de esta acción para un mejor control.
El ajuste de un regulador proporcional integral derivativo puede parecer desalentador, pero es esencial para garantizar que el proceso funcione sin problemas. Cada uno de los parámetros de ajuste, P, I y D, afecta al modo en que el regulador reacciona a los cambios en el valor del proceso.
Los ajustes adecuados pueden mejorar significativamente la estabilidad y el rendimiento de tu sistema.
Sin embargo, una configuración mal ajustada puede, por el contrario, provocar oscilaciones, sobreexcitaciones y subreacciones, deteriorando la calidad del control del proceso.
El método Ziegler-Nichols es un método muy conocido para ajustar los parámetros de un controlador PID.
Este método consiste en hacer oscilar el sistema o proceso ajustando la ganancia proporcional (Kp) hasta alcanzar el límite de estabilidad.
El periodo de oscilación y la ganancia crítica se utilizan a continuación para determinar los coeficientes óptimos proporcional (Kp), integral (Ki) y derivativo (Kd).
Aunque este método es conveniente para el ajuste inicial de los parámetros PID, es importante tener en cuenta que la optimización del sistema de control puede requerir más ajustes. Estos ajustes dependerán de la respuesta deseada y de las restricciones específicas del proceso.
Si su sistema tiene inestabilidad inherente, uotros problemas predominantes como retrasos, perturbaciones, presiones externas, etc., entonces un controlador P, I, D sólo puede atemperarlos, no eliminarlos por completo. A veces resulta útil rediseñar el proceso.
En un bucle cerrado, el regulador PID recibe constantemente información sobre el estado actual del proceso.
Utiliza esta información para realizar una corrección en su salida, manteniendo así el proceso lo más cerca posible del punto de consigna.
Este mecanismo mejora considerablemente la precisión con la que se gestionan las variables del proceso, lo que permite un control más estricto y una mayor estabilidad.
Además, los sistemas de bucle cerrado contribuyen eficazmente a contrarrestar las perturbaciones externas, minimizando las fluctuaciones indeseables.
Encendido/Apagado se refiere a un modo de control en el que el sistema está encendido al 100% o completamente apagado. No hay niveles de funcionamiento intermedios.
En resumen, el control On/Off puede ser adecuado para aplicaciones sencillas y menos exigentes. Sin embargo, para un control preciso y eficaz de la temperatura, sobre todo en entornos industriales o para procesos críticos, el control PID ofrece importantes ventajas en términos de estabilidad, eficiencia energética y protección de los equipos.
La banda proporcional es el intervalo de valores dentro del cual el regulador pasa de su estado de desactivación a su estado de plena potencia (y viceversa) en un control proporcional. Es la parte del control PID que reacciona en función de la diferencia entre el valor deseado y el valor actual. Cuanto mayor sea la diferencia, mayor será la corrección efectuada.
La banda integral es la parte del control PID que se acumula con el tiempo. Si la desviación persiste, por pequeña que sea, esta corrección seguirá aumentando hasta que se corrija la desviación.
Laacción derivativa en el control PID es la parte que reacciona a la velocidad de cambio de la desviación. Intenta predecir el futuro de esta desviación y realizar una corrección preventiva para minimizar las variaciones demasiado rápidas.
Los controladores PID se utilizan ampliamente en diversas industrias, comola farmacéutica, la alimentaria (por ejemplo, hornos de panadería u hornos de pizza), la automovilística (por ejemplo, cabinas de pintura), en laboratorios (por ejemplo, pruebas de materiales de automoción), en máquinas especiales como envasadoras o procesadoras de plásticos, en particular para :
Y muchas otras aplicaciones y sistemas de control de temperatura