O que está envolvido no ajuste de um controlador PID?
Ajustar um controlador de derivada proporcional integral (controlador PID) é uma atividade comum para engenheiros especializados em controle de processos. Nesse caso, "tuning" refere-se à alteração dos parâmetros relacionados à banda proporcional do controlador, ação integral e ação derivada. Existem vários métodos para calcular manualmente os parâmetros de ajuste e vários pacotes de software que podem ser usados para ajustar automaticamente os controladores em um processo químico. Antes que qualquer ajuste possa começar, é crucial que o engenheiro investigue primeiro o loop de controle que está sendo ajustado e o impacto do loop de controle no sistema geral.
O desempenho de um controlador automático pode ser ajustado e alterado alterando os parâmetros de ajuste do controlador. Ao ajustar um controlador PID, normalmente existem três configurações que podem ser alteradas: a banda proporcional, a ação integral e a ação derivada. Estes são representados pelo primeiro, segundo e terceiro termos no algoritmo PID clássico, respectivamente u = K P e + K I ∫ dt + K D de / dt .
O termo u representa o sinal de retorno; K P é o ganho proporcional; e é o erro ou termo de correção, que representa a diferença entre o valor presente e o ponto de ajuste do controlador; K I é o ganho integral, K D é o ganho derivado; e t é hora. A transformada de Laplace desta equação pode ser declarada como K P + K I / s + K D s .
Antes de ajustar um controlador PID, o engenheiro deve primeiro examinar o processo a ser ajustado para determinar se o ajuste inadequado está causando transtornos ou se existe outra causa atribuível, como mau funcionamento ou equipamento quebrado. Mudanças de ajuste significarão muito pouco se a verdadeira causa da variabilidade for uma válvula de controle colada, instrumentos quebrados ou erros na lógica do sistema de controle. Somente quando o processo tiver sido minuciosamente examinado e a funcionalidade dos instrumentos de campo tiver sido verificada, o ajuste deverá ser considerado.
Existem vários métodos usados pelos engenheiros químicos, elétricos e de instrumentos para ajustar um controlador PID. O método Ziegler-Nichols é um exemplo que utiliza o ganho final e o período final do processo para calcular parâmetros de ajuste agressivos para esquemas de controle somente P, somente PI e PID. Outros esquemas de controle, como o método Tyreus-Luyben, são formulados para reduzir a oscilação do sistema. O método usado para ajustar um controlador PID pode ser determinado pela natureza do próprio loop de controle.
Em geral, aumentar o prazo de ganho de um controlador fará com que o controlador atue de forma mais agressiva. Uma ação mais integral ajudará a reduzir o deslocamento entre o valor do estado estacionário e o ponto de ajuste desejado, mas poderá levar a oscilações se muito for usado. O termo derivado é usado para ajudar a interromper o movimento rápido do valor presente do controlador. Essas são apenas heurísticas que fornecem uma noção geral do efeito de cada um dos parâmetros de ajuste clássicos.
Muitos pacotes do sistema de controle distribuído (DCS) incluem software que pode ser usado para ajustar automaticamente os loops de controle. Esses pacotes de software geralmente ajustam os processos examinando o desempenho passado ou executando automaticamente os métodos de teste descritos pelos procedimentos de ajuste estabelecidos. Como na maioria dos procedimentos, o ajuste fino e pequenos ajustes devem ser feitos pelo engenheiro para se adequar ao processo após a conclusão do procedimento de ajuste principal.