PIDregulering

PID-regulering, eller PID-kontroll, er en feedbackbasert kontrollmetode som brukes for å få en prosess til å følge et ønsket setpunkt. Kontrolleren beregner en utgangssignal basert på feilen mellom settpunktet og den målte prosessvariabelen, og dette signalet påvirker prosessen gjennom aktuatorer.

Proportional-, integral- og derivative-delene utgjør de tre komponentene i PID-kontrollen. Den proporsjonale delen gir en korrigering i forhold til den nåværende feilen. Den integrale delen legger sammen tidligere feil over tid og fjerner eventuelle fastlåste avvik i steady-state, men kan føre til overshoot eller svingninger hvis den er for stor. Derivativ delen bruker endringen i feilen for å forutse fremtidig utvikling og dempe overshoot, men den er følsom for støy og rask dynamikk i signaler.

I digitale implementeringer kjører PID-regulatoren med jevne mellomrom ved sampling. Feilen e[k] = setpunkt minus målt verdi beregnes ved hvert tidspunkt k, og utgangssignalet u[k] beregnes som en kombinasjon av e[k], den akkumulerte integralet av e og den deriverte av e. En vanlig form er u[k] = Kp e[k] + Ki sum(e[i]) Ts + Kd (e[k] - e[k-1]) / Ts. I praksis brukes ofte derivate-filtrering og anti-windup-teknikker for å begrense integratorens oppbygging og redusere støy.

Innstilling av parametrene Kp, Ki og Kd er avgjørende for ytelsen. Det finnes ulike metoder for tuning, som empiriske regler (for eksempel Ziegler–Nichols eller Cohen–Coon) eller manuell justering basert på responsen til systemet. Mange systemer trenger også anti-windup for å håndtere saturasjon av aktuatorer, og i enkelte tilfeller kombineres PID med feedforward eller mer avanserte metoder hvis plantens dynamikk varierer betydelig over tid.

PID-regulering brukes i en rekke applikasjoner, som temperaturkontroll, motorhastighetskontroll og posisjonsregulering, samt i prosessindustri. Til tross for sin enkelhet og robusthet har PID begrensninger ved sterke ikke-lineariteter, store dødtider eller tidsvarierende dynamikk, og da kan det være behov for tilpassede eller mer avanserte kontrollstrategier. Likevel utgjør PID en grunnleggende byggestein i mange kontrollsystemer.