What Is PID Control? | Understanding PID Control, Part 1

Summary

Este video ofrece una introducción accesible al control PID (Proporcional-Integral-Derivativo), un método utilizado para ajustar sistemas y alcanzar resultados deseados. A través de ejemplos prácticos, como caminar hacia una línea de meta o controlar la altitud de un dron, se explica cómo el controlador PID utiliza tres componentes: proporcional, integral y derivativo. Estos términos se combinan para reducir el error, eliminar el error en estado estacionario y evitar el sobrepaso del objetivo. El video destaca cómo ajustar el controlador según las necesidades de cada sistema, haciendo de PID una herramienta fundamental en una amplia gama de aplicaciones de control.

Takeaways

• 😀 Un controlador PID (Proporcional, Integral, Derivativo) se utiliza en sistemas de control para minimizar el error y ajustar el comportamiento de una planta o sistema.
• 😀 La planta es el sistema que se quiere controlar, mientras que la señal de entrada es el actuador y la salida es la variable controlada.
• 😀 En un sistema de control, la diferencia entre la salida actual y la salida deseada se llama 'error', y se utiliza para ajustar el actuador.
• 😀 El control proporcional (P) ajusta la salida en función del error actual; sin embargo, puede dejar un error residual conocido como 'error en estado estacionario'.
• 😀 El control integral (I) suma los errores pasados y ajusta la salida para eliminar el error en estado estacionario.
• 😀 El control derivativo (D) predice el comportamiento futuro del error evaluando su tasa de cambio, lo que ayuda a evitar el sobreimpulso y mejora la estabilidad del sistema.
• 😀 Un controlador PID combina los tres componentes (P, I y D) para crear un sistema que utiliza el error presente, pasado y futuro para hacer ajustes precisos.
• 😀 La sintonización de un controlador PID implica ajustar los términos de ganancia de cada componente para lograr un rendimiento óptimo.
• 😀 Aunque existen controladores más complejos, los PID son ampliamente utilizados por su simplicidad y efectividad en una gran cantidad de aplicaciones reales.
• 😀 Los controladores PID se aplican en una variedad de campos, como drones, robots y maquinaria industrial, debido a su capacidad de mantener el error cercano a cero y mejorar la precisión del control.

Q & A

¿Qué es el control PID y por qué es importante?

El control PID (Proporcional-Integral-Derivativo) es una técnica utilizada para controlar un sistema ajustando sus entradas según los errores presentes, pasados y futuros. Es importante porque permite un control preciso y estable en una amplia gama de aplicaciones, como drones, termostatos y vehículos autónomos.

¿Cuáles son los tres componentes principales de un controlador PID?

Los tres componentes principales son: Proporcional (P), Integral (I) y Derivativo (D). El componente proporcional ajusta el sistema según el error presente, el integral acumula los errores pasados y el derivativo predice cómo cambiará el error en el futuro.

¿Cómo funciona el componente proporcional (P)?

El componente proporcional ajusta la entrada del sistema según el error presente. Cuanto mayor sea el error, mayor será la corrección aplicada al sistema. Por ejemplo, si una persona camina hacia un objetivo, la corrección proporcional aumenta la velocidad de caminata cuando está lejos del objetivo.

¿Qué hace el componente integral (I) en un controlador PID?

El componente integral acumula los errores pasados y los suma con el tiempo. Si un sistema está consistentemente bajo su objetivo, el controlador ajustará la salida para corregir el error acumulado, lo que ayuda a reducir el error a largo plazo.

¿Cuál es la función del componente derivativo (D) en un controlador PID?

El componente derivativo mide la tasa de cambio del error, es decir, qué tan rápido está disminuyendo o aumentando el error. Esto permite al controlador anticipar y frenar cambios rápidos, evitando que el sistema se descontrole o sobrepase el objetivo.

¿Por qué un controlador proporcional (P) no es suficiente para el control de un dron?

En un dron, un controlador proporcional no elimina el error de estado estable, lo que significa que el dron podría detenerse a una altitud incorrecta y no mantenerse en el objetivo. Esto se debe a que el controlador simplemente ajusta según el error presente y no tiene en cuenta el error acumulado o el cambio de velocidad del error.

¿Cómo se mejora un controlador proporcional añadiendo un componente integral?

Al añadir un componente integral, el controlador puede acumular el error no resuelto a lo largo del tiempo, lo que permite que el sistema ajuste sus salidas para corregir los errores pasados y reducir el error de estado estable. Esto es útil para eliminar errores persistentes que no se corrigen solo con un controlador proporcional.

¿Qué problema puede causar el uso de un controlador proporcional-integral (PI) en el caso de un dron?

Un controlador PI puede causar que el dron sobrepase el objetivo debido a la acumulación de errores pasados, lo que lleva a un exceso en la velocidad del propulsor. El dron podría necesitar sobrepasar el objetivo para corregir este exceso, lo que genera un error negativo que reduce la velocidad y puede generar un comportamiento oscilante.

¿Cómo soluciona el controlador PID el problema de sobrepasar el objetivo en el control de un dron?

El controlador PID agrega el componente derivativo (D), que predice cómo cambiará el error y ajusta la entrada del sistema para evitar un cambio excesivo en el error. Si el dron se aproxima rápidamente al objetivo, el componente derivativo reducirá la velocidad del propulsor para evitar que el dron sobrepase la altitud deseada.

¿Qué significa 'tunear' un controlador PID y por qué es importante?

Tunear un controlador PID significa ajustar los valores de ganancia en los componentes proporcional, integral y derivativo para lograr el comportamiento deseado del sistema. Es importante porque cada sistema tiene diferentes características y requisitos, y el ajuste de estos valores permite optimizar la respuesta y estabilidad del sistema.