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Microcontroladores PIC => Todo en microcontroladores PIC => Mensaje iniciado por: Picuino en 01 de Marzo de 2013, 21:16:18
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He iniciado una nueva página para explicar qué es un controlador y cómo sintonizar los controladores PID.
https://sites.google.com/site/picuino/pid_controller
(https://sites.google.com/site/picuino/pid_controller/CloseLoopSystem.png?width=600)
Admito sugerencias, preguntas, críticas, ánimos, etc.
Saludos.
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Acabo de publicar la acción proporcional de un sistema de control PID:
(https://sites.google.com/site/picuino/pid_controller/PID_controller.png?width=709)
Como puede verse, al aumentar la acción proporcional mejora la velocidad de respuesta del sistema y se reduce el error (diferencia entre la posición de referencia deseada, en rojo, y la posición real del sistema, en azul)
El problema que presenta aumentar la acción proporcional es que el sistema se hace más inestable y oscila.
(https://sites.google.com/site/picuino/pid_controller/ControlProporcional_002-100.png?width=800)
Controlador PID (https://sites.google.com/site/picuino/pid_controller)
Saludos.
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Gracias Picuino, directo a favoritos para seguir aprendiendo lo del control PID.
Saludos!
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Gracias por el aporte, yo tambien me apunto a aprenderlo.
Saludos.
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Acabo de encontrar una errata. En las gráficas todavía aparece denominada la curva como temperatura del horno. En realidad quería en este caso representar un control de posición. Voy a modificarlo antes de continuar.
Saludos.
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Excelente el tema picuino!
Unas preguntas y con que programa haz hecho las graficas del control PID?
Como seria la implementacion dun control PID con el pic?
Me encanta el tema y me apunto al mismo :mrgreen:
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Muchas gracias Picuino.
El control PID siempre me ha interesado mucho así que yo también voy a seguir el tema.
Saludos.
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Excelente el tema picuino!
Unas preguntas y con que programa haz hecho las graficas del control PID?
Como seria la implementacion dun control PID con el pic?
Me encanta el tema y me apunto al mismo :mrgreen:
Las gráficas las hago con Excel, que es el programa que estoy utilizando para simular.
La implementación con PIC la explicaré después de explicar el funcionamiento del PID. Todo llegará. Si te interesa adelantar, he publicado algo en otro hilo: http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=40250.msg335267#msg335267
Ya he publicado la acción de control derivativa, que sirve para aumentar la estabilidad del sistema.
(https://sites.google.com/site/picuino/pid_controller/ControlDerivativo_002-050.png?width=800)
https://sites.google.com/site/picuino/pid_controller
Saludos.
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Muy Interesante!, me apunto al tema :-/
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Ya tengo la explicación de la acción integral, que sirve para reducir el error del sistema, con el inconveniente de aumentar la inestabilidad.
Las gráficas son estas:
(https://sites.google.com/site/picuino/pid_controller/ControlIntegral_0-50.png?width=800)
Saludos.
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Ya he publicado un pequeño programa que sirve para simular un control PID de posición de un carro automático.
Con este programa se pueden hacer prácticas sintonizando el PID de forma manual para conseguir la mayor rapidez y el menor error posibles.
Adjunto enlace al programa: https://sites.google.com/site/picuino/pid_controller/Motion_Control.zip
Hay que pulsar debajo de los números para conseguir que el carro se mueva de posición.
¡A ver quien consigue los mejores resultados para pasar del punto 2 al punto 6!
Edito:
He modificado la versión para que sea más controlable.
Saludos.
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Otro simulador de una caldera que sirve para calentar agua de calefacción. Utiliza dos PID, uno para la caldera y otro para el agua de calefacción.
Adjunto enlace al programa: https://sites.google.com/site/picuino/pid_controller/Thermal_control.zip
Saludos.
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muy bueno tu tutorial picuino, me apunto al hilo.
Algo que podría ser útil es el pid autotunning, a mi en lo particular me gusto para los controles de motores. ;-)
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Estoy intentando utilizar el mínimo de matemáticas posible para poder sintonizar los PID a mano.
La siguiente parte del tutorial la dedicaré al viejo método de Ziegler-Nichols. Nada avanzado como puedes ver.
La idea es que uno aprenda a sintonizar a mano estos controladores sin necesidad de "autotunning" porque no todos los sistemas lo llevan incorporado y programarlo es mucho más complicado que programar un PID y sintonizarle a mano.
Saludos.
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Adjunto una hoja de cálculo que simula el comportamiento de un horno calentado por resistencia eléctrica. El control de la resistencia es por PWM, de forma que se puede controlar la potencia entregada de forma lineal.
Con esta hoja se pueden calcular los parámetros de Ziegler-Nichols para afinar el controlador PID. Este va a ser el siguiente tema a tratar.
Por ahora adjunto la hoja por si alguien quiere hacer prácticas de afinar el PID a mano.
https://sites.google.com/site/picuino/ziegler-nichols/Control_Temperatura.zip
Saludos.
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He publicado cómo calcular los parámetros PID para un sistema utilizando su respuesta al escalón.
https://sites.google.com/site/picuino/ziegler-nichols
Aplicando un escalón al simulador de control de temperatura (https://sites.google.com/site/picuino/ziegler-nichols/Control_Temperatura.zip) da el siguiente resultado:
(https://sites.google.com/site/picuino/ziegler-nichols/Step_Response_T2.png)
Con esta respuesta al escalón se pueden calcular los parámetros del PID con el método de Ziegler-Nichols:
Kp = 0.290
Ki = 0.121
Kd = 0.174
y se obtiene una respuesta con un pequeño sobrepulso:
(https://sites.google.com/site/picuino/ziegler-nichols/Control_Temperatura_29_12_17.png)
Saludos.
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A partir de los parámetros calculados con Ziegler-Nichols, se pueden ajustar a mano los valores para conseguir una respuesta un poco más rápida y estable:
Kp = 0.28
Ki = 0.10
Kd = 0.21
(https://sites.google.com/site/picuino/ziegler-nichols/Control_Temperatura_28_10_21.png)
Saludos.
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Increible! Cuando estuve desarrollando el software y hardware de control de un motor lineal de 500Kg de fuerza me volvi loco con el control PID, de hecho al final termine ajustandolo a ojo sin entender completamente como ocurria, y tardando un monton de tiempo!
Acabo de ver tu pagina sobre el control PID y esta todo perfectamente explicado, con una sencillez brillante!
Me encanta!
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Gracias Marttyn, echaba de menos algún comentario y el tuyo no podía ser mejor.
Saludos.
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Ya he publicado el método de sintonización del PID con la ganancia crítica en lazo cerrado:
https://sites.google.com/site/picuino/ziegler-nichols
Primero conseguimos que el sistema en lazo cerrado oscile de forma mantenida aumentando la ganancia proporcional Kp = 0.43 y eliminando las ganancias derivativa e integral (Kd=0 Ki=0)
(https://sites.google.com/site/picuino/ziegler-nichols/Control_Temperatura_43_0_0.png)
La ganancia crítica será entonces Kc = 0.43 y el periodo de oscilación crítico será Tc = 5.3 segundos.
A partir de estos dos parámetros se pueden calcular los parámetros del PID:
Kp = 0.254
Ki = 0.096
Kd = 0.169
Que consigue la siguiente respuesta:
(https://sites.google.com/site/picuino/ziegler-nichols/Control_Temperatura_25_10_17.png)
Saludos.
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He iniciado una nueva página donde se explica la implementación de un PID digital:
PID digital (https://sites.google.com/site/picuino/digital_pid)
Por ahora se muestra el esquema de un controlador PID digital:
(https://sites.google.com/site/picuino/digital_pid/Digital_pid.png?width=600)
También se explica cómo escoger el periodo de muestreo y las ecuaciones para programar el PID digital.
Sólo me falta programar un ejemplo real. Estoy pensando en utilizar un transistor, una resistencia o lámpara que caliente y un sensor NTC para medir temperatura.
Saludos.
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Veo que el tema tiene interés por todas las visitas que está recibiendo.
Quiero animar a que hagan comentarios o críticas constructivas.
¿A alguien le gustaría que tratase algún tema de PIDs que no haya tratado?
¿Alguna errata que modificar?
¿Alguna explicación que no queda del todo clara?
Con ayuda podré mejorar el tema.
Saludos.
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Yo visito cada post que pones y lo leo con interés, pero no se me ocurre mejor comentario que este: ((:-)) ((:-)) ((:-)) ((:-))
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Me pasa igual, te vengo siguiendo con mucha atención. ((:-)) ((:-))
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Yo de momento tambien te sigo y leo, pero con el curso de Android y otras cosillas, me falta tiempo para estudiarlo mas a fondo.
Como te dije al principio, me interesa mucho, pero ahora lo tengo un poco dejado el tema.
De todas formas no te desanimes, digo como los demas, es muy interesante y te seguimos.
Saludos.
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Yo voi también siguiendo esas magnificas explicaciones que estás aportando.
Hace tiempo compre un horno de 1200 W aprox. y me gustaría poder implementarle un control PID,pero
de momento mis conocimientos no llegan a tanto, pero no desespero.
De hecho siguiendo tus explicaciones constato que para mi la diferencia es que en el horno real el incremento
de temperatura es mucho mas lento que en tu experimento,tu experimento está en los seg. y el mio va por minutos.
Saludos y gracias a ti y a todos los que haceis estos aportes de conocimientos/experiencia para los que no llegamos a tanto.
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Ahora estoy estudiando el problema del tiempo de muestreo.
El libro que estoy siguiendo no es claro en este punto:
Ogata, Katsuhiko. Sistemas de control en tiempo discreto. Segunda edición. Editorial Prentice Hall.
En el libro aparecen dos criterios para calcular el máximo tiempo de muestreo que son contradictorios entre sí. Por otra parte el criterio del tiempo de subida depende mucho del valor del escalón de entrada. Ese tiempo de subida es mayor cuando el escalón de entrada es jmayor. Al final no me queda claro qué tiempo tomar como referencia.
En cuanto aclare este punto publico los resultados.
Saludos.
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Aprovechando que te ofreces a resolver dudas, mi gran duda en las implementaciones PID es la determinación del modelo.
En tu caso, has tomado un montón de hipótesis sobre el horno pero, en un caso real, ¿cómo se pueden determinar esos parámetros?
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Yo voi también siguiendo esas magnificas explicaciones que estás aportando.
Hace tiempo compre un horno de 1200 W aprox. y me gustaría poder implementarle un control PID,pero
de momento mis conocimientos no llegan a tanto, pero no desespero.
De hecho siguiendo tus explicaciones constato que para mi la diferencia es que en el horno real el incremento
de temperatura es mucho mas lento que en tu experimento,tu experimento está en los seg. y el mio va por minutos.
Saludos y gracias a ti y a todos los que haceis estos aportes de conocimientos/experiencia para los que no llegamos a tanto.
El primer ejemplo práctico que estoy preparando es de un horno. El tiempo de respuesta no es importante, los métodos son los mismos, que es lo importante.
Te adjunto la hoja de cálculo con la que estoy haciendo las simulaciones para un horno de 1200W y un tiempo de subida de un minuto y medio.
Los cálculos del PID los he realizado con el método de la ganancia crítica en lazo cerrado de Ziegler-Nichols y ajustando el anti-windup a mano.
Saludos.
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Aprovechando que te ofreces a resolver dudas, mi gran duda en las implementaciones PID es la determinación del modelo.
En tu caso, has tomado un montón de hipótesis sobre el horno pero, en un caso real, ¿cómo se pueden determinar esos parámetros?
Lo bueno del método de Ziegler-Nichols y del ajuste a mano es que no hace falta determinar el modelo de planta. Te ahorras una buena cantidad de matemáticas.
Lo único que tienes que averiguar es el periodo de oscilación con ganancia crítica o el tiempo de retardo y de subida del sistema.
Si quieres ir más allá, hay dos métodos para identificar el sistema.
1.- El primero de ellos supone que conoces el modelo del sistema, para después hacer ciertos ensayos con los que calcular sus parámetros. Este método puede ser válido para motores, transformadores, depósitos, hornos y otro tipo de plantas de las que puedes conocer a priori su modelo. Un ejemplo de este sistema de modelado lo puedes encontrar en el modelado de motores de corriente continua que he publicado:
https://sites.google.com/site/picuino/motor_equivalent_model
Al final del todo hago un ensayo a un motor para averiguar sus parámetros: MODELADO DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA
2.- Otro método es parecido al análisis de regresión. En el análisis de regresión puedes ajustar una serie de puntos a una recta, a una curva cuadrada, etc. Mediante Matlab se puede hacer este análisis que requiere que le introduzcas la señal de entrada al sistema muestreada, la señal de salida del sistema muestreada y el modelo que quieres que reconozca (un sistema con dos polos, con tres polos, etc.)
Este método se utiliza cuando no sabes nada del sistema muestreado y quieres aproximarle a un sistema sencillo de segundo o tercer orden.
Saludos.
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Gracias, me quedo tranquilo sabiendo que aplicando el ajuste a mano el resultado es bueno. Siempre lo he hecho así y siempre me ha cabido la duda de si lo podía hacer mejor.
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Partiendo de los parámetros de Ziegler-Nichols y afinando el PID a mano con buen ojo, el resultado será bueno.
Luego hay métodos avanzados de control óptimo que te permiten conseguir de un sistema el menor tiempo de respuesta, el menor consumo total del accionador, situar los polos del sistema en un lugar arbitrario, que el sistema siga un modelo determinado, linealizar un sistema no lineal, etc.
Estos resultados están lejos de lo que lo que puede conseguir un simple PID, pero el PID de toda la vida puede conseguir resultados suficientes para la mayoría de los sistemas.
Saludos.
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Creo que ya he llegado a alguna conclusión para estimar el tiempo o periodo de muestreo:
https://sites.google.com/site/picuino/digital_pid#TOC-Periodo-de-muestreo
Ahora voy a seguir con el sistema térmico que estoy probando.
Saludos.
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Sobre el ruido que encuentra un sistema digital al controlar un sistema analógico:
https://sites.google.com/site/picuino/digital_pid#TOC-Ruido-en-la-realimentaci-n
Sigo con la programación de un PID para un pequeño horno que he montado con dos resistencias de 1/2W y un sensor NTC.
Por ahora me he peleado con la conversión de tensión a temperatura del NTC. He encontrado dos métodos. Uno mediante interpolación de tablas y el otro calculando las ecuaciones de la NTC.
Otro tema que me ocupa es que el horno tiene problemas de estabilidad con los valores de Ziegler-Nichols. Tengo que bajar la ganancia para que el sistema sea estable. Estoy estudiando si esto tiene que ver con el ruido de cuantificación o el problema es otro.
Otro tema que estoy madurando es el del control Feed-forward que ayuda mucho a que el PID sea más estable y tenga menos error.
Cuando tenga los resultados lo publico.
Por ahora adjunto dos fotos del minihorno que he preparado. Tiene una potencia de 1.2 vatios y llega a una temperatura de 100ºC a máxima potencia. Está construido con dos resistencias en serie de 10 ohm y una tapa de llave USB.
Con el sensor NTC consigo un error en la temperatura de 0.1ºC.
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=40259.0;attach=20393;image)
(http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=dlattach;topic=40259.0;attach=20395;image)
Saludos.
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Aqui tambien se menciona el tema.
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=24599.0
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También por aquí MLO explico bastante del tema y realizo un proyecto:
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=30199.0
Lastima que me parece que algunas imágenes no están :undecided:
Saludos!
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Gracias por los enlaces.
En estos enlaces, como en la mayoría que he encontrado, se tratan los controladores PID con conceptos matemáticos que considero complejos. Esto me recuerda una ocasión en la que le pregunté a alguien si había estudiado números complejos (http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_complejo) y me respondió que todos los números que había estudiado habían sido "complejos".
En las explicaciones sobre los reguladores PID que he visto hasta ahora, enseguida aparecen las funciones de transferencia, la variable de frecuencia compleja s, las transformadas de Laplace y Fourier, los diagramas de Bode y Nyquist, las descripciones en el dominio de la frecuencia y de la frecuencia compleja, los márgenes de ganancia y fase, las redes de adelanto y retraso de fase, etc. Si además incluímos los conceptos de polo y cero... para que decir más.
Todo esto sin salir de la ingeniería de control clásica, que si nos vamos a la moderna comenzamos con los sistemas de ecuaciones diferenciales, el álgebra matricial, etc. Si intentamos acercarnos al control discreto enseguida topamos con la transformada z, el álgebra matricial, etc.
Cualquiera que se quiera acercar a los sistemas de control y que no tenga los conocimientos de matemáticas a nivel de ingeniería, va a encontrar una barrera importante para manejar un simple controlador PID.
Mi intención es explicar todo lo que se pueda sobre los controladores PID de forma que se pueda entender con matemáticas muy sencillas. También intento explicar el funcionamiento de los sistemas en el dominio del tiempo, que es más natural para alguien que desconozca el tema. Así prefiero ver al control derivativo como un elemento que calcula la velocidad de cambio del sistema para poder frenarle con antelación y que no se pase del punto deseado. Si explico el término derivativo como una red de de compensación por adelanto de fase, creo que doy por supuesto mucho bagaje matemático.
Otro punto que quiero tratar, son técnicas sencillas para mejorar el controlador PID y que no he visto tratar de forma simple en ningún sitio. Por ejemplo añadir un regulador feedforward puede mejorar mucho la estabilidad del PID y es fácil de implementar. En muchas ocasiones con un feed-forward sólo es necesario poner el término proporcional (P) y se elimina la necesidad del termino integral y derivativo. Esto simplifica mucho el diseño. Sin embargo no he visto en ningún sitio ejemplos de aplicación sencillos de esta idea. (Todavía tengo que publicar sobre esto)
Por todo esto, espero vuestros comentarios para conseguir los objetivos que me propongo, porque no siempre soy consciente de la dificultad de los conceptos que intento explicar y quisiera que quedasen claros para cualquiera que desee utilizar un controlador PID para sus proyectos.
Saludos.
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Mi intención es explicar todo lo que se pueda sobre los controladores PID de forma que se pueda entender con matemáticas muy sencillas. También intento explicar el funcionamiento de los sistemas en el dominio del tiempo, que es más natural para alguien que desconozca el tema. Así prefiero ver al control derivativo como un elemento que calcula la velocidad de cambio del sistema para poder frenarle con antelación y que no se pase del punto deseado. Si explico el término derivativo como una red de de compensación por adelanto de fase, creo que doy por supuesto mucho bagaje matemático.
Otro punto que quiero tratar, son técnicas sencillas para mejorar el controlador PID y que no he visto tratar de forma simple en ningún sitio. Por ejemplo añadir un regulador feedforward puede mejorar mucho la estabilidad del PID y es fácil de implementar. En muchas ocasiones con un feed-forward sólo es necesario poner el término proporcional (P) y se elimina la necesidad del termino integral y derivativo. Esto simplifica mucho el diseño. Sin embargo no he visto en ningún sitio ejemplos de aplicación sencillos de esta idea. (Todavía tengo que publicar sobre esto)
Por todo esto, espero vuestros comentarios para conseguir los objetivos que me propongo, porque no siempre soy consciente de la dificultad de los conceptos que intento explicar y quisiera que quedasen claros para cualquiera que desee utilizar un controlador PID para sus proyectos.
Saludos.
Me encuentro entre los nomatematicos y noingenieros que citas y me parece muy buena tu iniciativa. Siempre he tenido la curiosidad de saber como funcionan los sistemas tipo servo, o retroalimentados, en el control de procesos industriales. Pero como tu indicas, siempre que intente aprenderlo, me tope con la teoria imcomprensible para mi y el inmediato abandono del intento.
Por eso valoro el hecho de que pretendas ayudarnos a entender de forma mas simple, los conceptos de estos sistemas.
Animo y no creas que estas hablando solo, te seguimos con interes.
Saludos.
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Disculpas si molesto la colocación del enlace, vi que se pensaba en la aplicación para el microcontrolador y recordé que MLO dedico tiempo en armar algo, explicarlo y quería colocarlo.
Otro post interesante sobre controladores es el de Bigluis: http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=30236.msg252566#msg252566
Saludos!
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Suky:
No molesta en absoluto y agradezco todos los enlaces que se pongan.
Siempre dan ideas para tratar nuevos temas.
AcoranTf:
Mi intención es que se pueda entender con facilidad y con matemáticas sencillas, pero el tema también está dirigido a ingenieros que no hayan estudiado regulación automática.
También va dirigido a ingenieros que han estudiado o están estudiando teoría de cotrol y ven el tema muy árduo y teórico.
Saludos.
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Estoy preparando el ejemplo práctico de un pequeño horno.
Ya tengo el esquema eléctrico.
La alimentación de la resistencia calentadora y su masa van por cables diferentes a los de alimentación del sensor para que uno no afecte al otro.
(https://sites.google.com/site/picuino/_/rsrc/1363294564024/thermal_control/oven_schematic.png?width=500)
Estoy depurando el programa, cuando lo tenga lo publico.
Saludos.
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Tengo problemas con el bootloader que van a demorar el ejemplo práctico del horno.
Por ahora adjunto un link a un tipo de control que puede mejorar mucho el comportamiento de un regulador PID:
Control Feedforward (https://sites.google.com/site/picuino/feedforward_control)
Una imagen del esquema del control Feedforward (ampliado para que también reciba la señal de referencia):
(https://sites.google.com/site/picuino/feedforward_control/feedforward_controller.png?width=500)
Un ejemplo de aplicación con un control de temperatura para horno:
(https://sites.google.com/site/picuino/feedforward_control/feedforward_oven.png?width=600)
Esquema del control PID + Feedforward. Cada uno ayuda al otro a responder más rápido, con menor error, con más estabilidad y de forma más robusta ante cambios del sistema:
(https://sites.google.com/site/picuino/feedforward_control/feedforward_pid_controller.png?width=600)
Solo me falta subir un simulador de horno para poder probar el desempeño de los dos tipos de control.
Saludos.
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Ya he publicado el control de temperatura de un pequeño horno eléctrico hecho con dos resistencias y una tapa de memoria USB.
Control de temperatura digital (https://sites.google.com/site/picuino/thermal_control)
El problema que estoy encontrando ahora consiste en que la temperatura oscila mucho. No lo hace de forma periódica y no depende de las ganancias del PID ni del tiempo de muestreo, de manera que creo que puede ser ruido que se cuela en el circuito del sensor:
(https://sites.google.com/site/picuino/thermal_control/respuesta_horno_PID1.png)
Sigo con ello.
Saludos.
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Grande picuino!
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Te sigo y leo tu página, muy bien explicado todo. Felicitaciones y gracias.