PIDohjausta

PID-ohjaus, eli proportional-integral-derivative-ohjaus, on yleinen suljettu palautesysteemi, joka säätää järjestelmän kontrolloitua arvoa (esimerkiksi lämpötila, nopeus tai paine) saavuttaakseen asetetun tavoitearvon. Se yhdistää kolme termiä: P-, I- ja D-osa, joilla on omat tehtävänsä, ja ne muodostavat ohjearvon u(t) = Kp e(t) + Ki ∫ e(τ) dτ + Kd de(t)/dt, missä e(t) on asetetun arvon ja todellisen arvon välinen virhe.

P-osa reagoi virheen nykytilaan, I-osa huomioi virheen kertymän sekä poistaa pysyvän asennon, ja D-osa ennakoi tulevaa virhettä mittaamalla virheen muutosta. Yhdessä ne tuottavat ohjaussignaalin, joka vaikuttaa toimilaitteeseen ja johon järjestelmän vastus on suunniteltu reagoimaan mahdollisimman nopeasti ja stabiilisti.

Käytännössä PID-ohjaus voidaan toteuttaa jatkuvana tai digitaalisena. Digitaalisessa toteutuksessa ohjauslaskenta suoritetaan näytteenottovälein Ts, jolloin kaavat sovitetaan diskreetteihin muotoihin. Usein käytetään erilaisia suodattimia ja rajoituksia, kuten anti-windup-toimintoja, joilla estetään kiertymä (säätöön kertynyt integroiva virhe) kun järjestelmä on kiertää ulos toiminnasta tai kun rajat on saavutettu.

Säätöä tehdään usein teollisuudessa, esimerkiksi lämpötilan, moottorin nopeuden tai prosessivirran hallinnassa. Tärkeimpiä haasteita ovat järjestelmän epälineaarisuus, viiveet ja melu, jotka voivat vaatia hienosäätöä, suodatusta tai vaihtoehtoisia ohjausstrategioita. Piiriä voidaan myös hienosäätää käyttämällä PI- tai PD-ohjausta, tai liittämällä ennakkotiedon (feedforward) parantamaan vasteaikaa.