Introducción al PID - Ajuste del PID

Ajuste del PID
Ejemplo: un motor servo de corriente continua.
Los parámetros para P, I y D se establecen todos en cero para comenzar. Se añade una pequeña cantidad de P (Gráfico 1) y se inicia la respuesta del motor a la entrada. Se puede observar que hay una respuesta escalonada al valor escalonado del objetivo, pero no se alcanza la posición objetivo. Se incrementa la P (figura 2) y el error (Objetivo menos Real) se reduce.

El Gráfico 2 también muestra que con P añadida hay una respuesta un poco más rápida a la entrada escalonada, esto se muestra como una reducción del ‘redondeo’ del escalón de la posición real.

La P se incrementa aún más para que la respuesta sea más rápida y el error entre la posición Objetivo y Real sea mucho menor, pero ahora hay algo de sobrepaso y subpaso (Gráfico 3). Reducir ligeramente la cantidad de P disminuirá la oscilación y añadir algo de D la reducirá aún más manteniendo el tiempo de respuesta aceptable (Gráfico 4). El parámetro D actúa como un amortiguador en la respuesta del sistema. Sin embargo, todavía queda un pequeño error.
 

Se puede introducir algo de I en el sistema para reducir el error restante a cerca de cero, es decir: dentro del rango de banda muerta. La I seguirá sumando ciclo de trabajo mientras el error no sea cero. La reacción de la P y el D adicional también puede observarse mirando la corriente de salida. El Gráfico 5 muestra el sistema con solo el componente P; la corriente aplicada al motor muestra que no tiene efecto amortiguador (de frenado) y la corriente solo se invierte cuando la posición Real sobrepasa la Objetivo. En el Gráfico 6 hay una inversión notable de la corriente (frenado) cuando el error se acerca a cero. Afinar P y D mejorará el sistema. La I se establece (generalmente) al final para eliminar cualquier error restante.

Un sistema como un motor servo de corriente continua casi siempre necesitará control PID completo debido a su requisito de tener una respuesta muy rápida y precisa a una solicitud de objetivo que cambia rápidamente. Los sistemas que tienen un requisito de respuesta más lenta pueden necesitar solo P y algo de I sin D. Algunos sistemas pueden requerir solo P y D ya que cualquier error residual no afecta al sistema, por ejemplo, el control de impulso.

 

Si el motor servo de corriente continua no puede alcanzar su posición objetivo por alguna razón, por ejemplo, si algo impidiera físicamente el movimiento, la ganancia integral seguiría aumentando el ciclo de trabajo para eliminar este error. Si de repente se liberara el motor, habría un componente integral acumulado tan grande que podría sobrepasar descontroladamente. Tener un límite integral sensato evita que esto ocurra.

Ajuste general del PID
Ajuste de prueba en línea o, el método de "a ojo y por intuición"
1. Ingrese un conjunto inicial de constantes de ajuste basadas en la experiencia. Una configuración conservadora sería una
ganancia proporcional de 1 o menos y una ganancia integral de menos de 0.1.
2. Ponga el lazo en automático con el proceso "alineado".
3. Realice cambios escalonados (alrededor del 5%) en el punto de ajuste.
4. Compare la respuesta con los diagramas y ajuste.

Este método puede ser factible para algunos (pero no todos) sistemas de vehículos. Parámetros iniciales más robustos pueden calcularse matemáticamente usando el método de ajuste Ziegler-Nichols. Una discusión de este método está fuera del alcance de este documento. Se pueden encontrar muchas referencias en Internet para los interesados.