PIDsäätimiä

PIDsäätimet ovat ohjausjärjestelmiä, jotka käyttävät kolmea peruskomponenttia: proportional (P), integral (I) ja derivative (D). Ne mittaavat asetetun arvon ja mitatun arvon välistä virhettä e(t) ja tuottavat säätöarvon u(t) joko jatkuvana tai näytteistettynä versiona. Yleinen ohjauslauseke on u(t) = Kp e(t) + Ki ∫ e(τ) dτ + Kd de/dt, tai diskreetti vastine, jossa integralia ja derivativea sovelletaan aikaväleillä.

P-, I- ja D-komponenttien roolit

P-komponentti reagoi virheeseen välittömästi suhteessa sen suuruuteen ja vaikuttaa vasteen nopeuteen. I-komponentti kerryttää virhettä ajan mittaan, poistaa pysyvän offsetin, mutta voi aiheuttaa viiveitä sekä integraalilinjan wind-up -ongelmia. D-komponentti ennakoi virheen muutosta ja auttaa tasapainottamaan yli- tai alisäätöä sekä vähentämään jerkkua ja ymppäystä, mutta on herkkä mittauskohinalle. Oikea tasapaino näiden kolmen komponentin välillä määrittelee järjestelmän vasteen laadun.

Toteutus ja säätö

PIDsäätimet voidaan toteuttaa analogisesti tai digitaalisesti, jolloin termit diskretoidaan tietyllä näytteistysvälillä. Parametrien Kp, Ki (tai Ki = Kp/Ti) ja Kd (tai Kd = Kp Td) valinta tunnetaan säätöparametrien virityksenä. Yleisiä viritysmenetelmiä ovat Ziegler–Nichols, Cohen–Coon sekä IMC- ja automaattivirtaukset. Anti-windup-toimenpiteet ja sopiva suodatus vähentävät ukkoutumista ja kohinan vaikutuksia.

Käyttökohteet ja rajoitteet

PIDsäätimiä käytetään laajasti prosessiteollisuudessa sekä lämpötilan, paineen, virtaus- ja nopeussäätöissä sekä mekaanisissa järjestelmissä. Käyttökohteet edellyttävät järjestelmän dynamiikan tuntemusta sekä asianmukaista mittaus- ja aktivointijärjestelmää. Rajoitteina esiintyvät kohina, häiriöt, viiveet sekä epälineaarisuudet, joiden vuoksi tarvitaan asianmukaisia anti-windup-, suodatus- ja sovelluskohtaisia ratkaisuita.