PIDsäätimet

PIDsäätimet ovat yleisiä automaation komponentteja, joita käytetään säätämään prosessimuuttujaa asettamalla siihen sopiva ohjausmuuttuja. Ne pyrkivät pitämään järjestelmän halutussa tilassa, jolloin virheensa e = asetuspisteen ja nykyisen prosessimuuttujan välillä pienennetään.

Toiminnan perusta on kolme säätökomponenttia: P (proportionaalinen), I (integraalinen) ja D (derivaatio). Säädönautio voidaan esittää muodossa u(t) = Kp e(t) + Ki ∫ e(τ)dτ + Kd de(t)/dt, jossa Kp, Ki ja Kd ovat säätöparametreja. Näillä kertolaskuilla ohjaussignaali muuttaa prosessia ohjauksen avulla. Digitaalimoottorit käyttävät usein diskreettiä muotoa u[k] = Kp e[k] + Ki T ∑ e[i] + Kd (e[k] - e[k-1])/T.

Tyypillisiä kokoonpanoja ovat PID, PI- ja PD-säätimet sekä erilaiset sidokselliset (parallel, series/delta) muodot. Digitaaliset järjestelmät toteuttavat säätöohjaimen ohjelmallisesti tai sovellusrajapinnan kautta; analogiset toteutukset voivat käyttää esimerkiksi alipäästösuodatusta ja summauksia.

Säätöparametrien virittäminen on keskeinen osa PIDsäätimen käyttöä. Yleisiä menetelmiä ovat kokeelliset lähestymistavat kuten Ziegler–Nichols- tai Cohen–Coon -menetelmät sekä manuaalinen säätö. Tavoitteena on saavuttaa riittävä vasteaika ilman liiallista yliohjausta tai oskillaatiota. Haasteisiin kuuluu esimerkiksi integratorin wind-up, säädön herkkyys melulle sekä dead time -ilmiö. Näihin voidaan vastata anti-windup-tekniikoilla, bumpless transfer -siirtymillä ja sovitusmenetelmillä.

PIDsäätimet ovat laajalti käytössä teollisuudessa, kuten lämpötilan, nopeuden, paineen ja neste- sekä kaasun virtauksen hallinnassa sekä kone- ja rakennusautomaatiossa. Historiaan kuuluvat 1900-luvun puolivälin jälkeen kehitetyt virityksen menetelmät, jotka ovat tehneet PIDistä yhden käytetyimmistä automaatiokomponenteista.