Métodos de ajuste de controladores PID

Tuning Methods

• PID controllers can be tuned using various methods, including:
  • Ziegler-Nichols method: an empirical method that uses step response data to determine PID gains
  • Cohen-Coon method: an extension of the Ziegler-Nichols method that takes into account the process time delay
  • Relay feedback tuning: a method that uses a relay feedback loop to determine PID gains
  • Model-based tuning: uses a mathematical model of the process to determine PID gains
  • Frequency response methods: use frequency response data to determine PID gains

Transient Response

• The transient response of a PID controller refers to its behavior during the transition from one steady-state condition to another
• Key performance indicators (KPIs) for transient response include:
  • Rise time: the time it takes for the system to reach 63.2% of its final value
  • Settling time: the time it takes for the system to reach and stay within a certain percentage of its final value
  • Overshoot: the maximum deviation from the final value during the transient response
  • Peak time: the time it takes for the system to reach its maximum value during the transient response

Controller Design

• PID controllers can be designed using various techniques, including:
  • Pole placement: places the poles of the closed-loop system to achieve desired performance
  • Root locus method: uses the root locus plot to design the PID controller
  • Frequency response design: uses frequency response data to design the PID controller
• Key considerations for PID controller design include:
  • Stability: the controller must ensure stability of the closed-loop system
  • Performance: the controller must achieve desired performance specifications
  • Robustness: the controller must be able to reject disturbances and maintain performance

Disturbance Rejection

• PID controllers can be designed to reject disturbances, including:
  • Load disturbances: changes in the process load or operating conditions
  • Measurement noise: random fluctuations in the measurement signal
• Disturbance rejection can be achieved using various techniques, including:
  • Feedforward control: uses a measurement of the disturbance to adjust the control signal
  • Feedback control: uses a measurement of the process variable to adjust the control signal

Stability

• Stability is a critical consideration for PID controller design, as it ensures the closed-loop system remains stable and converges to a desired steady-state
• Stability analysis can be performed using various techniques, including:
  • Routh-Hurwitz criterion: a method for determining stability based on the roots of the characteristic equation
  • Nyquist criterion: a method for determining stability based on the frequency response of the system

Métodos de Afinación

• Los controladores PID se pueden afinar utilizando varios métodos, incluyendo:
  • Método de Ziegler-Nichols: un método empírico que utiliza datos de respuesta a escalón para determinar las ganancias PID
  • Método de Cohen-Coon: una extensión del método de Ziegler-Nichols que tiene en cuenta el retraso del proceso
  • Afinación por retroalimentación de relé: un método que utiliza un bucle de retroalimentación de relé para determinar las ganancias PID
  • Afinación basada en modelos: utiliza un modelo matemático del proceso para determinar las ganancias PID
  • Métodos de respuesta en frecuencia: utilizan datos de respuesta en frecuencia para determinar las ganancias PID

Respuesta Transitiva

• La respuesta transitiva de un controlador PID se refiere a su comportamiento durante la transición de una condición de estado estacionario a otra
• Indicadores clave de rendimiento (KPIs) para la respuesta transitiva incluyen:
  • Tiempo de subida: el tiempo que tarda el sistema en alcanzar el 63.2% de su valor final
  • Tiempo de asentamiento: el tiempo que tarda el sistema en alcanzar y permanecer dentro de un cierto porcentaje de su valor final
  • Sobreimpulso: la máxima desviación del valor final durante la respuesta transitiva
  • Tiempo de pico: el tiempo que tarda el sistema en alcanzar su valor máximo durante la respuesta transitiva

Diseño de Controlador

• Los controladores PID se pueden diseñar utilizando varias técnicas, incluyendo:
  • Colocación de polos: coloca los polos del sistema de bucle cerrado para alcanzar un rendimiento deseado
  • Método de lugar de raíces: utiliza el gráfico de lugar de raíces para diseñar el controlador PID
  • Diseño de respuesta en frecuencia: utiliza datos de respuesta en frecuencia para diseñar el controlador PID
• Consideraciones clave para el diseño de controlador PID incluyen:
  • Estabilidad: el controlador debe asegurar la estabilidad del sistema de bucle cerrado
  • Rendimiento: el controlador debe alcanzar especificaciones de rendimiento deseadas
  • Robustez: el controlador debe ser capaz de rechazar perturbaciones y mantener el rendimiento

Rechazo de Perturbaciones

• Los controladores PID se pueden diseñar para rechazar perturbaciones, incluyendo:
  • Perturbaciones de carga: cambios en la carga o condiciones de operación del proceso
  • Ruido de medición: fluctuaciones aleatorias en la señal de medición
• El rechazo de perturbaciones se puede lograr utilizando varias técnicas, incluyendo:
  • Control de adelanto: utiliza una medición de la perturbación para ajustar la señal de control
  • Control de retroalimentación: utiliza una medición de la variable de proceso para ajustar la señal de control

Estabilidad

• La estabilidad es una consideración crítica para el diseño de controlador PID, ya que asegura que el sistema de bucle cerrado permanezca estable y converja a un estado estacionario deseado
• Análisis de estabilidad se puede realizar utilizando varias técnicas, incluyendo:
  • Criterio de Routh-Hurwitz: un método para determinar la estabilidad basado en las raíces de la ecuación característica
  • Criterio de Nyquist: un método para determinar la estabilidad basado en la respuesta en frecuencia del sistema

Aprende sobre diferentes métodos de ajuste de controladores PID, incluyendo el método de Ziegler-Nichols, método de Cohen-Coon, retroalimentación de relé y ajuste basado en modelos.