PIDsäätöön

PID-säätö (P–I–D-säätö) on yleinen suljetun silmukan säätömenetelmä, jota käytetään ohjaamaan prosessin arvoa siten, että asetettu arvo saavutetaan nopeasti ja pysyy halutulla tasolla. Säätö perustuu kolmeen termiin: P (proportional), I (integrointi) ja D (derivointi). Näiden yhdistelmä mahdollistaa sekä nopean reagoinnin että tarkan lopullisen arvon ylläpidon.

Säätö toimii seuraavasti. Asetettu arvo on r(t), mitattu arvo on y(t), ja virhe on e(t) = r(t) − y(t). Ohjausefekti on u(t) = Kp e(t) + Ki ∫ e(τ) dτ + Kd de(t)/dt, jossa Kp, Ki ja Kd ovat viritysten kertoimet. Digitaalisessa ohjauksessa käytetään näiden termien diskretoitua versiota, esim. u[k] = Kp e[k] + Ki Ts Σi=0..k e[i] + Kd (e[k] − e[k−1])/Ts, missä Ts on näytteenottoväli.

Tunnistus ja säätömenetelmät. PID-parameterit (Kp, Ki, Kd) viritetään usein kokeellisesti tai käyttämällä kaavoja kuten Ziegler–Nichols tai Cohen–Coon. Autoviritys ja manuaalinen viritys ovat yleisiä. Hyödyllisiä ominaisuuksia ovat nopea vaste ja pienen asennon saavuttaminen, mutta haasteina voivat olla kohina, derivoidun termin herkkyys sekä mahdollinen integroitu wind-up.

Sovellukset ja rajoitteet. PID-säätöä käytetään laajasti esimerkiksi lämpötilan, nopeuden ja aseman säätöön sekä prosesseihin, joissa vaste on suhteellisen lineaarinen. Käytännössä voidaan käyttää anti-windup-ratkaisuja, suurennus- tai suodattimia kohinan vähentämiseksi sekä oikean näytteenottitaajuuden valintaa vakauden varmistamiseksi.

Historia. PID-säätö juontaa juurensa Nicolas Minorskyyn sekä myöhemmin Ziegler–Nicholsin kehittämiin viritysmenetelmiin 1900-luvun puolivälissä.