PIDkontrolleri

PIDkontrolleri on palautesäätöjärjestelmä, jota käytetään teollisessa automaatiossa, robotiikassa ja monissa muissa sovelluksissa. Sen tarkoituksena on pitää prosessin muuttuja mahdollisimman lähellä haluttua arvoa (setpoint) sekä hallita prosessin dynamiikka ja vakaus.

Se koostuu kolmesta komponentista: P-osa reagoi nykyiseen virheeseen e(t) suoralla skaalauskyvyllä, I-osa kerää virhettä pidemmän aikavälin integraation kautta ja D-osa ennakoi tulevaa virhemuutosta nopeuden perusteella. Yhdistelmästä syntyy ohjaussignaali u(t) = Kp e(t) + Ki ∫ e(τ) dτ + Kd de(t)/dt. Digitaalisessa toteutuksessa käytetään diskreettiä muotoa: u[k] = Kp e[k] + Ki Ts ∑ i=0..k e[i] + Kd (e[k] - e[k-1])/Ts.

Tuning- eli viritystekniikat tavoittelevat arvoja Kp, Ki ja Kd, joiden avulla vaste on sekä nopea että vakaa ja virhe pienentynyt. Yleisimmät menetelmät ovat Ziegler–Nicholsin klassiset menetelmät, Cohen–Coon -menetelmä sekä manuaalinen ja automaattinen viritys. I-osan kertymän aiheuttama windup voi heikentää suorituskykyä, joten käytetään anti-windup-tekniikoita, kuten signaalin rajoittamista tai takaisinlaskentaa (back-calculation).

Toteutus: PID toteutetaan yleisesti digitaalisena algoritmina mikrokontrollerissa tai PLC:llä. Näytteenottotaajuus sekä erotus- ja integrointitoiminnot vaikuttavat vasteeseen. D-osa voi vahvistaa kohinaa, jos signaali ei ole suodatettu, joten derivativea usein suodatetaan tai käytetään suodatettua D-termiä.

Sovellukset ja variantit: PIDia käytetään muun muassa moottorien nopeuden ja asennon hallintaan, lämpötilansäätöön sekä prosessiteollisuuteen. Yleisiä variantteja ovat PI- ja PD-kontrollit sekä PID-yhdistelmät. Monimutkaisemmissa järjestelmissä voidaan käyttää kaskadi- tai cascaded-ohjausrakenteita sekä setpoint-weightingia.