¿Qué implica la sintonización de un controlador PID?
El ajuste de un controlador proporcional-integral-derivativo (controlador PID) es una actividad común para los ingenieros especializados en el control de procesos. En este caso, "sintonización" se refiere a cambiar los parámetros relacionados con la banda proporcional del controlador, la acción integral y la acción derivada. Existen varios métodos para calcular los parámetros de ajuste manualmente y numerosos paquetes de software que se pueden usar para ajustar automáticamente los controladores en un proceso químico. Antes de que pueda comenzar cualquier ajuste, es crucial que el ingeniero investigue primero el lazo de control que se está ajustando y el impacto del lazo de control en el sistema general.
El rendimiento de un controlador automático se puede ajustar y cambiar alterando los parámetros de ajuste del controlador. Al sintonizar un controlador PID, generalmente hay tres configuraciones que se pueden cambiar: la banda proporcional, la acción integral y la acción derivada. Estos están representados por los términos primero, segundo y tercero en el algoritmo PID clásico, respectivamente u = K P e + K I ∫ e dt + K D de / dt .
El término u representa la señal de retorno; K P es la ganancia proporcional; e es el término de error o desplazamiento, que representa la diferencia entre el valor presente y el punto de ajuste del controlador; K I es la ganancia integral, K D es la ganancia derivada; Y es tiempo. La transformada de Laplace de esta ecuación puede expresarse como K P + K I / s + K D s .
Antes de sintonizar un controlador PID, un ingeniero debe examinar primero el proceso que se va a sintonizar para determinar si una sintonización incorrecta está causando problemas o si hay otra causa asignable, como un mal funcionamiento o un equipo roto. Los cambios de ajuste significarán muy poco si se descubre que la verdadera causa de la variabilidad es una válvula de control atascada, instrumentos rotos o errores en la lógica del sistema de control. Solo cuando se haya examinado a fondo el proceso y se haya verificado la funcionalidad de los instrumentos de campo, se debe considerar el ajuste.
Los ingenieros químicos, eléctricos y de instrumentos utilizan múltiples métodos para ajustar un controlador PID. El método Ziegler-Nichols es uno de esos ejemplos que utiliza la ganancia máxima y el período final del proceso para calcular parámetros de ajuste agresivos para esquemas de control P-only, PI-only y PID. Otros esquemas de control, como el método Tyreus-Luyben, están formulados para reducir la oscilación del sistema. El método utilizado para ajustar un controlador PID puede estar dictado por la naturaleza del bucle de control en sí.
En general, aumentar el término de ganancia de un controlador hará que el controlador actúe de manera más agresiva. Una acción más integral ayudará a reducir el desplazamiento entre el valor de estado estable y el punto de ajuste deseado, pero puede provocar oscilaciones si se usa demasiado. El término derivado se usa para ayudar a detener el movimiento rápido del valor presente del controlador. Estas son solo heurísticas que proporcionan una idea general del efecto de cada uno de los parámetros de ajuste clásicos.
Muchos paquetes de sistemas de control distribuido (DCS) incluyen software que se puede utilizar para ajustar automáticamente los bucles de control. Estos paquetes de software a menudo ajustarán los procesos al examinar el rendimiento anterior o al realizar automáticamente los métodos de prueba descritos por los procedimientos de ajuste establecidos. Como con la mayoría de los procedimientos, el ingeniero debe realizar ajustes pequeños y pequeños ajustes para adaptarse al proceso después de que se haya completado el procedimiento de ajuste principal.