Cosa comporta l'ottimizzazione di un controller PID?
La messa a punto di un controller derivato integrale proporzionale (controller PID) è un'attività comune per gli ingegneri specializzati nel controllo di processo. In questo caso, "tuning" si riferisce alla modifica dei parametri relativi alla banda proporzionale del controller, all'azione integrale e all'azione derivata. Esistono diversi metodi per il calcolo manuale dei parametri di ottimizzazione e numerosi pacchetti software che possono essere utilizzati per ottimizzare automaticamente i controller in un processo chimico. Prima che possa iniziare qualsiasi sintonizzazione, è fondamentale che l'ingegnere analizzi innanzitutto il circuito di controllo da sintonizzare e l'impatto del circuito di controllo sul sistema complessivo.
Le prestazioni di un controller automatico possono essere regolate e modificate modificando i parametri di regolazione del controller. Quando si sintonizza un controller PID, in genere ci sono tre impostazioni che possono essere modificate: la banda proporzionale, l'azione integrale e l'azione derivata. Questi sono rappresentati dal primo, secondo e terzo termine nel classico algoritmo PID, rispettivamente u = K P e + K I ∫ e dt + K D de / dt .
Il termine u rappresenta il segnale di ritorno; K P è il guadagno proporzionale; e è il termine di errore o offset, che rappresenta la differenza tra il valore attuale e il setpoint del controller; K I è il guadagno integrale, K D è il guadagno derivato; e t è il tempo. La trasformata di Laplace di questa equazione può essere dichiarata come K P + K I / s + K D s .
Prima di sintonizzare un controller PID, un ingegnere dovrebbe prima esaminare il processo da sintonizzare per determinare se una messa a punto errata sta causando sconvolgimenti o se esiste un'altra causa assegnabile, come un malfunzionamento o un'attrezzatura rotta. L'ottimizzazione dei cambiamenti significherà molto poco se la vera causa della variabilità sarà una valvola di controllo bloccante, strumenti rotti o errori nella logica del sistema di controllo. Solo quando il processo è stato accuratamente esaminato e la funzionalità degli strumenti sul campo è stata verificata, si dovrebbe prendere in considerazione l'accordatura.
Esistono diversi metodi utilizzati dagli ingegneri chimici, elettrici e degli strumenti per mettere a punto un controller PID. Il metodo Ziegler-Nichols è uno di questi esempi che utilizza il guadagno finale e il periodo finale del processo per calcolare parametri di ottimizzazione aggressivi per schemi di controllo solo P, solo PI e PID. Altri schemi di controllo, come il metodo Tyreus-Luyben, sono formulati per ridurre le oscillazioni del sistema. Il metodo utilizzato per sintonizzare un controller PID può essere dettato dalla natura del loop di controllo stesso.
In generale, aumentare il termine di guadagno di un controller renderà il controller più aggressivo. Un'azione più integrale aiuterà a ridurre l'offset tra il valore di stato stazionario e il setpoint desiderato, ma può portare a oscillazioni se si utilizza troppo. Il termine derivato viene utilizzato per aiutare a fermare il movimento rapido del valore attuale del controller. Queste sono solo euristiche che forniscono un senso generale dell'effetto di ciascuno dei parametri di accordatura classici.
Molti pacchetti di sistemi di controllo distribuito (DCS) includono software che può essere utilizzato per ottimizzare automaticamente i circuiti di controllo. Questi pacchetti software spesso ottimizzano i processi esaminando le prestazioni passate o eseguendo automaticamente i metodi di prova descritti da procedure di ottimizzazione stabilite. Come per la maggior parte delle procedure, l'ingegnere deve eseguire la regolazione fine e le piccole regolazioni per adattarsi al processo dopo che è stata completata la procedura di messa a punto principale.