PID Kontrolcü Nedir?
Sistemlerin denetlenmelerinde farklı metotlar içeren sistemlere kontrol sistemleri denir. Hedef çıkış ve verilen çıkış arasındaki farkı bulmak için sistemler kontrol edilmelidir. Bu farka hata denir. Şu anki durum ile hedef nokta arasındaki farka hata denir. PID kullanılarak bu hata minimuma indirilmeye çalışılır.
PID (Proportional Integral Derivative/Oransal İntegral Türev) endüstriyel proses kontrolü sistemlerinde yaygın olarak kullanılan bir geri besleme kontrolcüsü yöntemidir. Bu yöntemle girişe gönderilen sinyal ile giriş sinyalini karşılaştırıp aradaki hatayı hesaplar. Bu hata PID’ye gönderilir sonrasında PID bu hatayı bir katsayı ile çarpıp integralini ve türevini alır, sonrasında çıkışa tekrar gönderilir. Bütün aşamalar hatanın en aza indirilmesi için tekrar eder.
PID yöntemi hatayı en aza indirmek için üç ayrı sabit parametreyi kontrol eder, bu nedenle bazı kaynaklarda üç aşamalı kontrol olarak da adlandırılır. P(oransal), I (integral), D(türev) şeklinde gösterilir. P hatanın şu anki haline bağlıdır, I geçmiş hataların toplamı ve D gelecekteki hataların değişim hızıyla ilgilenir tahminler üretir. Bu üç parametrenin ağırlıklı toplamı yoluyla süreç kontrol edilir ve istenilen hedef seviye ayarlanmaya çalışılır.
Proportional Ne Demek? Proportional (Oransal) Mod
Sistemin hatasını minimize etmek amacıyla hata bir katsayı (Kp) ile çarpılır. Fakat çıkışta çok fazla salınım olmaması için katsayı çok fazla yüksek seçilmemelidir. Oransal mod tek başına kullanılırsa ofset oluşur. Ofset sadece oransal kontrol ile ortadan kaldırılamayan kalıcı hatadır.
Integral (İntegral) Mod
Mevcut hatanın alanını bulmak için integral kullanılır. Her adımda hata katsayısı(Ki) ile çarpılıp toplanarak elde edilir. Sürekli toplama yapıldığı için integralin daha fazla artmaması için kısıtlama olması gerekir.
I = I + (Ki * Hata * dt) şeklinde formülize edilir.
Derivative (Türev) Mod
Türev zamana bağlı değerin değişimi ile ilgilidir. Sistemin mevcut değişimlerinden ileride gerçekleşebilecek değişimleri tahmin eder ve sistemi hedef değerin üstüne çıkmaması için yavaşlatır. İki örnek arasında hata değişimi yoksa türev sıfıra eşit olur.
D = (Kd * HD) /dt şeklinde formülize edilir.
HD: Örnekler arasındaki hata farkı
Kp, Ki ve Kd değerleri deneysel olarak bulunur.
PID Kontrolcü Uygulamaları
PID yöntemi, tüm termostatlı devrelerde kullanılır diyebiliriz. Buzdolabı, ütü, ısıtıcı ve soğutucular vb. PID kontrol cihazı sıcaklık, basınç, hız, akış vb. gibi proses değişkenlerini değiştirir. İşlem sonucundan gelen geri beslemenin sinyali bir referans sinyali u (t) ile karşılaştırılır ve denk gelen hata sinyali e (t) PID algoritmasına beslenir. Algoritmada oransal, integral ve türevsel kontrol hesaplarına göre, kontrolör, kontrol cihazlarına uygulanan kontrollü çıktıyı üretir.
PID kontrolcüsünün tasarımı ve arabirimi Arduino denetleyicisi kullanılarak yapılabilir. Laboratuvarda Arduino tabanlı PID denetleyici, Arduino UNO kartı ve elektronik bileşenler kullanılarak tasarlanırken, bu sistemde C veya C ++ programlama dilleri kullanılanılır.
Bütün kontrol sistemleri, üç kontrol öğesine de ihtiyaç duymaz. Pratik uygulamalarda PI ve PD kontrolleri gibi kombinasyonlar daha sık kullanılmaktadır.
