Metodi di Taratura Approssimata dei Sistemi di Controllo in Retroazione con Controllori PID

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1 Metodi di Taratura Approssimata dei Sistemi di Controllo in Retroazione con Controllori PID Tarare un sistema di controllo significa determinare i parametri del controllore PID in maniera che il comportamento del sistema controllato abbia caratteristiche determinate di risposta alla variazione del punto di regolazione e alla presenza di disturbi La determinazione del guadagno dell azione proporzionale, integrale e derivativa di un regolatore PID asservito al controllo di un determinato processo è generalmente fatta attraverso vari metodi teorici, sempre che si disponga di un modello del processo e dei vari dispositivi di misura ed attuazione sufficientemente accurato In molti casi le difficoltà di modellazione consigliano di utilizzare procedure di taratura in situ Va comunque rimarcato che anche quando i parametri vengono determinati preventivamente in maniera puramente teorica, la regolazione fine dei valori definitivi viene fatta sul campo, proprio per le inevitabili incertezze di modellazione dei componenti il sistema

2 Metodi di Taratura Approssimata dei Sistemi di Controllo in Retroazione con Controllori PID Si sollecita il sistema di regolazione con un ingresso esterno, ad esempio una rapida variazione del punto di regolazione (che approssima un segnale a gradino) e si valuta la risposta del sistema. In definitiva lo si interroga con opportune domande e dalla sua risposta se ne comprende il funzionamento dinamico Allo scopo è necessario che la domanda si tale che la corrispondente risposta permetta di ottenere le informazioni desiderate Un segnale a gradino è un ingresso adeguato

3 Metodi di Taratura Approssimata dei Sistemi di Controllo in Retroazione con Controllori PID Esistono due metodi di taratura approssimata di un sistema di regolazione costituito da un regolatore PID Metodo di taratura ad Anello Aperto Metodo di taratura ad Anello Chiuso L unica cosa che distingue i due metodi tra loro è la differente tipologia di parametri misurati e le differenti relazioni che li legano ai parametri del controllore PID Dal punto di vista concettuale invece rappresentano la stessa procedura teorica: Si desidera modificare il sistema (attraverso la determinazione dei parametri del controllore) in maniera che si comporti approssimativamente come un sistema ritenuto adeguato Va precisato che molto spesso l ultima parola in termini di scelta dei parametri di un regolatore spetta al tecnico che effettua la messa a punto dell impianto, in maniera anche soggettiva

4 Controllo a ciclo chiuso u + e G(s) y - H(s)

5 Controllo a ciclo chiuso u + - Regolatore δ Attuatore θ Processo y + y Misura

6 Metodo di Ziegler e Nichols Anello Aperto Per applicare il metodo di Ziegler-Nichols ad anello aperto occorre valutare alcuni parametri della risposta del sistema (senza retroazione) È ovviamente applicabile solo per quei sistemi in cui è possibile disattivare la retroazione La prova viene svolta fornendo una variazione a gradino del comando u e rilevando la risposta del sistema, a valle dello strumento di misura. Dal grafico si rilevano i valori di a e L t a L

7 Metodo di Ziegler e Nichols Anello Aperto A seconda del tipo di controllore che si vuole realizzare si utilizzano i dati rilevati dalla prova sperimentale per determinare i valori dei parametri del regolatore, seguendo la tabella riportata sopra

8 Metodo di Ziegler e Nichols Anello Chiuso Nel caso l impianto non consenta di interrompere la retroazione, si procede con una differente prova pratica, in cui si fa uso di un regolatore con la sola azione proporzionale. Si comincia la prova utilizzando valori molto bassi del guadagno, che viene successivamente incrementato in maniera lenta. Man mano che il guadagno aumenta il sistema comincerà a manifestare delle oscillazioni nel suo funzionamento. Il valore K* a cui si manifestano le oscillazioni, unitamente al loro periodo T* viene utilizzato nella tabella sottostante per determinare i valori dei parametri di controllo

9 Desaturazione dell azione integrale Anti windup

10 Filtraggio dell azione derivativa Azione derivativa sulla sola uscita

11 Commutazione automatico manuale u = u 0 + u p + u i + u d