PIDsäätöstä

PID-säätö on yleisesti käytetty ohjausmenetelmä prosesseissa, joissa tavoitteena on minimoida virhe asetetun arvon ja mitatun prosessin arvon välillä. Säätö perustuu kolmeen vaikutukseen: proportional (P), integral (I) ja derivative (D). Näiden yhdistelmällä pyritään sekä reagoimaan nopeasti virheeseen että minimoimaan pitkäaikaisen virheen kertymisen.

Toimintaperiaate voidaan esittää kaavalla u(t) = Kp e(t) + Ki ∫ e(τ) dτ + Kd de(t)/dt, jossa e(t) = setpoint − mitattu arvo. Diskreetissä muodossa ohjaus voidaan laskea esimerkiksi u[k] = Kp e[k] + Ki Σ e[i] Δt + Kd (e[k] − e[k−1])/Δt. P-osa vastaa virheen suoraa vaikutusta, I-osa kerää virhettä ajan mittaan ja vähentää pysyvän virheen, ja D-osa ennakoi virheen muutosta ja tasoittaa reagointia.

Säätöparametrien Kp, Ki ja Kd säätö on usein haasteellista ja vaatii kalibrointia. Tunnettuja säätötapoja ovat esimerkiksi Ziegler–Nichols –menetelmät, Cohen–Coon -menetelmä sekä IMC-tuning. Joissakin sovelluksissa käytetään vain PI- tai PD-versioita, riippuen prosessin luonteesta ja kohinasuojasta.

Käyttökohteita ovat teollisuusprosessit, kuten lämpötilan, paineen ja nestevirtausten hallinta, sekä moottorien nopeuden ja asennon säädöt sekä robotiikka. Toteutus tapahtuu usein digitaalisissa ohjaimissa, kuten PLC- tai mikrokontrolleriohjaimissa, ja siihen liittyy usein lisäominaisuuksia, kuten anti-windup-, suodatus- ja setpoint-weighting-tekniikat sekä mahdollisuus feedforward-säätöön.

PID-säätöä käytetään, kun prosessi voidaan mallintaa suhteellisen lineaariseksi ja kun mittaus on luotettavaa. Sen eduiksi ovat yksinkertaisuus ja laaja sovellettavuus; rajoitteina ovat herkkyys kohinalle ja tarve huolelliselle kalibroinnille.