Na chwilę obecną regulatory PID są najbardziej niezawodnymi urządzeniami sterującymi, stąd też wynika ich szerokie zastosowanie. W dziale automatyki przemysłowej, regulatory PID są niemal niezbędne. Praktycznie każdy proces jest sterowany przy użyciu regulatora PID. Zbudowany on jest z trzech członów:
– Proporcjonalny P
– Całkujący I
– Różniczkujący D
W wielkim skrócie, Regulatory PID działają w oparciu o pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego i mają za zadanie sterować obiektami. Współpraca trzech osobnych członów, pozwala osiągnąć pożądaną wartość na wyjściu. Dzięki zastosowaniu pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego, regulator PID może utrzymywać „bezbłędną” wartość na wyjściu układu. Zwyczajnie na bieżąco reguluje powstałe uchyby. Zasada działania regulatora PID opiera się na operacjach i algorytmach matematycznych.
Człon Proporcjonalny
Człon proporcjonalny „P” porównuje wartość zadaną z wartością rzeczywistą i oblicza błąd wyniku. Oczywiście chcemy aby nie było żadnych błędów, ale jest to niemożliwe. .
Człon całkujący
Człon całkujący „I” jest odpowiedzialny za zredukowanie błędu, aż do momentu gdy będzie on wynosił zero. Wynik przenosi się dalej na człon różniczkujący
Człon Różniczkujący
Zadaniem członu różniczkującego „D” jest przewidywanie przyszłych zachowań układu i błędu. Ten człon w połączeniu z innymi może usprawnić pracę układu pod względem dokładności.
Współpraca wszystkich członów
Załóżmy, że chcemy utrzymać idealnie nawilżoną ziemię w naszym ogrodzie, ponieważ hodujemy rośliny, które wymagają konkretnych warunków. Gdybyśmy robili to ręcznie, to nie dość że najprawdopodobniej stracili byśmy dużo czasu, to jeszcze moglibyśmy to zrobić źle i zaszkodzić naszym roślinom. Oczywiście jest to bardzo nietypowy przykład, ale jest on dosyć prosty w objaśnieniu. Nasz regulator sprawdza wilgotność gleby i są trzy opcje:
– Gleba idealnie nawilżona
– Ziemia sucha
– Gleba zbyt mocno nawilżona
Oczywiście najlepiej jest, gdy gleba jest idealnie nawilżona, ponieważ regulator tylko sprawdza jej stan i wysyła informację, że nie trzeba poprawiać błędu, więc pracuje tylko człon proporcjonalny. Gorzej sprawa się ma, jeżeli nastąpi błąd w jedną, bądź w drugą stronę. Wtedy do członu całkującego dochodzi informacja o błędzie, a ten musi go wyrównać. I tak od początku, ponieważ w tej sytuacji nie ma potrzeby stosowania członu różniczkującego. Aby błąd został całkowicie wyrównany, czyli do czasu osiągnięcia oczekiwanej wartości na wyjściu, wymagane będzie kilka takich cykli.
Konfiguracje regulatorów PID
Wyróżniamy cztery konfiguracje regulatorów PID. Najbardziej powszechny jest układ PI, którego przykład działania zobaczyliśmy w powyższym przykładzie. Również można spotkać się z regulatorami P i mimo że nie są one aż tak popularne jak PI, to warto znać ich zasadę działania. No i oczywiście regulatory PID, które i tak mimo swej rozbudowanej funkcjonalności nie dorównują regulatorom PI. Ostatnią konfiguracją jest PD. Ten regulator znajduje zastosowanie jedynie przy sterowaniu siłownikami.
