PIDsäätimien

PIDsäätimet ovat yleisiä suljetun silmukan säätöjärjestelmiä, joita käytetään pitämään prosessin mitattu arvo mahdollisimman lähellä asetettua arvoa. Säätimen kolme komponenttia ovat proportionaalinen (P), integraalinen (I) ja derivatiivinen (D) termi. Ohjainlauseke voidaan esittää muodossa u(t) = Kp e(t) + Ki ∫ e(τ) dτ + Kd de(t)/dt, missä e(t) = setpoint − mittaus.

Säätö voidaan toteuttaa sekä analogisesti että digitaalisesti. Nykyisin yleisimmät toteutukset ovat digitaalisia, esimerkiksi PLC- tai DCS-järjestelmissä. Discretoidussa muodossa u[k] = Kp e[k] + Ki Ts ∑_{i=0}^k e[i] + Kd (e[k] − e[k−1])/Ts, jossa Ts on näytteenottoväli. Derivatiivinen termi on usein suodatettu kohinan vähentämiseksi. Integraation kiertämisen ja rajoitusten aiheuttamaa winduppia torjutaan anti-windup-tekniikoilla, ja järjestelmä voi käyttää suodatusta ja suurta erottelua koskevia rajoituksia.

Tuning eli säätöarvojen asettaminen lähtee Kp:n, Ki:n ja Kd:n valinnasta. Yleisimmät menetelmät ovat Ziegler–Nicholsin tärymenetelmä, Cohen–Coon -menetelmä sekä IMC-tuning. Näiden menetelmien tavoitteena on saavuttaa nopea, mutta vakaasti lähestyvä vaste sekä sopiva kompensaatio virheeseen ja häiriöihin.

Sovelluksissa PID-säätimet ovat hyvin yleisiä lämpötilan, paineen, virtauksen ja nopeuden ohjauksessa sekä monissa mekaanisissa ja kemiallisissa prosesseissa. Niiden etuja ovat yksinkertaisuus ja laaja yhteensopivuus, mutta ne voivat olla herkkiä kohinalle, eivätkä sovi aina nopeasti muuttuville tai erittäin epälineaarisille prosesseille ilman lisätoimenpiteitä.