En el control PID existen tres parámetros: P, I y D. ¿Cuál es la función de cada uno de ellos?

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En el control PID existen tres parámetros: P, I y D. Solo comprendiendo el significado y la función de estos tres parámetros se puede ajustar correctamente los parámetros del controlador, logrando así un mejor rendimiento en su funcionamiento. Ser capaz de ajustar con habilidad los parámetros PID y poner en marcha los sistemas de control automático representa el nivel de competencias en automatización de los ingenieros técnicos. Sin embargo, muchas personas no dominan realmente el control PID ni el ajuste de sus parámetros. Este artículo explica la función de los parámetros P, I y D en el control PID. Acción proporcional: El controlador proporcional es, en realidad, un amplificador cuyo factor de amplificación puede ajustarse. Es decir, △P = Kp × e. Aquí, Kp representa el ganancia proporcional; este valor puede ser mayor que 1 o menor que 1 ； e es la entrada del controlador, es decir, la diferencia entre el valor medido y el valor establecido, también conocida como desviación. Cabe señalar que, en la mayoría de los controladores simulados, no se utiliza el ganancia proporcional Kp como unidad de escala, sino que se emplea el grado de proporcionalidad, es decir, δ=1/Kc×100%. Es decir, la proporcionalidad es directamente proporcional al inverso del factor de amplificación del controlador ； Cuanto menor sea el grado de proporcionalidad del controlador, mayor será su factor de amplificación y, por lo tanto, su capacidad para amplificar las desviaciones. Y viceversa. Al comprender la relación mencionada, se puede saber que: cuanto mayor sea el grado de proporcionalidad, menor será el factor de amplificación del controlador, y la curva del parámetro controlado será más estable ； Cuanto menor es la proporcionalidad, mayor es el factor de amplificación del controlador, y más fluctúa la curva del parámetro controlado. La controlación proporcional tiene una desventaja: genera un error residual. Para superar este error, es necesario introducir el efecto integral. La función de integración del controlador tiene como objetivo eliminar los residuos en el sistema de control automático. Lo que se entiende por integral es la acumulación a lo largo del tiempo. Es decir, cuando existe un desviación de entrada e, el controlador integral debe ir acumulando esa desviación con el paso del tiempo. La velocidad de acumulación del integral es directamente proporcional al valor de la desviación e y a la velocidad de integración. Mientras exista un desvío e, la salida del controlador integral debe cambiar; en otras palabras, el efecto del integrador siempre está presente. Solo cuando no hay desvío, el integrador deja de funcionar. Para un desvío constante, la esencia del ajuste mediante la integración consiste en cambiar la tasa de cambio de la salida del controlador. Esta tasa se mide a través del tiempo necesario para que la salida resultante de la integración sea igual a la salida resultante de la acción proporcional. Un tiempo de integración corto significa una mayor velocidad de integración, y por lo tanto, un efecto de integración más fuerte ； Por el contrario, cuanto mayor es el tiempo de integración, más débil es el efecto de la integración. Si el tiempo de integración es infinito, significa que no hay efecto de integración; en ese caso, el controlador se convierte en un controlador puramente proporcional. En realidad, el efecto de integración rara vez se utiliza por sí solo; generalmente se combina con el efecto proporcional. De esta manera, se obtiene tanto el efecto proporcional, que amplía (o reduce) las desviaciones, como el efecto de integración, que permite que las desviaciones se acumulen con el paso del tiempo. La dirección de acción de ambos efectos es la misma. En este momento, la salida del controlador es: △P = Ke + △Pi, donde △P representa el cambio en el valor de salida del controlador ； Ke es la salida causada por la acción proporcional ； △Pi es la salida causada por el efecto de integración. Acción diferencial: La acción diferencial se utiliza principalmente para superar el retraso del sistema controlado, y es comúnmente empleada en sistemas de control de temperatura. Además de utilizar el principio de diferenciación, al emplear sistemas de control es necesario prestar atención al retraso en la medición de los datos transmitidos, como por ejemplo, en la selección de los elementos de medición de temperatura y en su ubicación de instalación. En los controladores PID convencionales, la variación en la salida del efecto diferencial es proporcional a la velocidad de cambio del error y al tiempo de diferenciación; no depende del valor del error en sí. Cuanto mayor sea la velocidad de cambio del error y cuanto más largo sea el tiempo de diferenciación, mayor será la variación en la salida del efecto diferencial. Pero si la acción diferencial es excesiva, es posible que, debido a los cambios demasiado rápidos, se generen oscilaciones por sí misma, lo que provoca picos o saltos significativos en la salida del controlador. Para evitar esta perturbación, en los reguladores PID y en los sistemas DCS se puede utilizar el algoritmo PID con diferenciación anticipada; es decir, solo se diferencia el valor medido PV. De este modo, cuando se modifica manualmente el valor de referencia SP del controlador, no se produce una variación brusca en la salida del mismo, lo que evita las perturbaciones que podrían surgir al cambiar instantáneamente el valor SP en el sistema de control. Como en el TDC-3000, se añade un conmutador suave al algoritmo PID convencional, lo que permite al usuario elegir, durante la configuración, si el controlador debe diferenciar la desviación o el valor medido. Cuando se introduce una señal de tipo escalón, la relación entre el valor máximo de cambio en la salida del diferenciador al principio y el cambio en la salida una vez que deja de actuar la función de diferenciación, es lo que se conoce como factor de amplificación diferencial Kd, es decir, la ganancia diferencial. La unidad de medida de la ganancia diferencial es el tiempo. Al establecer el tiempo de diferenciación (o la ganancia diferencial) en cero, se elimina la función de diferenciación. Para facilitar el recordado de las tres funciones de proporción, integral y derivada, se incluyen aquí tres rimas para su referencia. Canción sobre la acción proporcional: El regulador proporcional, como un amplificador ； Una desviación llega, se amplifica y se envía ； ¿Cuál es el aumento? Mire bien el mando ； La escala de proporciones está aumentada, pero el factor de ampliación es bajo. Estribillo de la función de integración: Reajustar el regulador; acumular habilidades ； Mientras haya desviación, la acumulación no cesa ； Acumulación rápida y lenta, observe bien el mando ； El tiempo de integración es largo y la velocidad de acumulación es baja. Estribillo sobre la acción diferencial. Hablando del diferenciador, no tiene nada de misterioso ； Con una entrada de tipo salto, la salida también da un salto ； La velocidad de descenso, rápido o lento; fíjese bien en el mando ； Cuando el tiempo de diferenciación es largo, la disminución es más lenta. Aclaración sobre el reajuste del regulador: “Reajustar” significa dar valores nuevos; la función de integración en el controlador es precisamente la que se encarga de realizar este reajuste. Antes, al controlador de proporcional integral se le llamaba regulador de reajuste.