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controllo

approfondimenti

Ottobre 2015

Automazione e Strumentazione

Al giorno d’oggi, questi approcci di controllo

convenzionali sono ampiamente adottati nell’in-

dustria di processo e sono integrati in controllori

stand-alone, in controllori logici programmabili

(PLC) o direttamente nei computer di controllo

con versioni digitali delle funzioni PID originali.

Attualmente più circuiti di regolazione PID sono

implementati come algoritmi software nei dispo-

sitivi digitali. Un PLC è solo un caso particolare

di tali dispositivi; si possono avere uno o più PID

in esecuzione in un PLC, o in un PC industriale, o

in un SOC, system-on-chip, come i microcontrol-

lori ARM, oppure in Arduino, Raspberry e altre

schede embedded con sistemi operativi real time

(

►

figura 4

In genere, il regolatore PID è una parte essen-

ziale dell’anello di controllo nell’

industria di

processo

. Ma, oltre che nei moderni sistemi di

controllo distribuito (DCS), ha un

ampio insieme

di campi applicativi

, compreso quello dell’au-

tomotive con i sistemi Cruise Control, che per-

mettono di gestire la velocità del veicolo in base

ai comandi inviati dal conducente. Secondo il

segnale di comando inviato dal guidatore e il

segnale di retroazione inviato dal sensore di

velocità, il controllore regola la velocità del vei-

colo modificando a sua volta l’azionamento del

motore. Un regolatore PID permette di imple-

mentare questo controllo adattativo ed è utilizzato

dalle principali case automobilistiche.

L’emergere di IC programmabili e riconfigurabili

dinamicamente ha aggiunto ulteriori opzioni per

i progettisti di regolatori PID. Il Field Program-

mable Analog Array (FPAA) è adatto per

il controllo dei processi perché può essere

parzialmente riprogrammato da un proces-

sore di qualsiasi genere nel giro di pochi

microsecondi. La capacità di un disposi-

tivo FPAA di essere riprogrammato “al

volo” lo rende particolarmente adatto per il

controllo adattativo.

Gli algoritmi PID sono utilizzati anche

nell’ambito dei sistemi micro-elettro-

meccanici (MEMS) in una nuova genera-

zione di applicazioni di controllo motori

in automazione industriale, nella robotica (nel

settore civile, militare e aeronautico) e nell’in-

dustria automobilistica. Inoltre, gli sviluppatori

stanno pensando all’uso di algoritmi PID in mec-

catronica, basati su MEMS, in applicazioni di

consumo (giochi) e smartphone di nuova gene-

razione, in cui è possibile utilizzare i sensori di

movimento e le agli altri micro-dispositivi basati

sulla tecnologia MEMS che stanno diventando

comuni.

Caratteristiche di un PID control

Il vantaggio del regolatore PID è la fattibilità e

facilità di implementazione

. I parametri PID

possono essere progettati in base ai parametri del

processo da tenere sotto controllo, che pos-

sono essere stimati con precisione. Tuttavia,

il regolatore PID, generalmente, deve equili-

brare tutti e tre i parametri, trovando il giusto

compromesso tra le varie prestazioni (transi-

tori rapidi, scarse sovraelongazioni ed oscil-

lazioni, robustezza). Se i parametri di sistema

non possono essere stimati o ricavati con

precisione, i parametri progettati non pos-

sono tollerare incertezze e disturbi e quindi

presentano una bassa robustezza.

Un problema affrontato con i controller PID

è la loro linearità. Pertanto, le prestazioni dei con-

trollori PID in sistemi non lineari (ad esempio i

sistemi HVAC) sono variabili. Spesso, i regola-

tori PID sono resi più efficaci attraverso metodi

come il controllo automatico del guadagno o la

logica fuzzy.

La più grande variazione tra i controller di diversi

produttori è il loro modo di gestire l’azione deri-

vativa (

►

figura 5

). Su alcuni controller l’azione

derivativa lavora sulla variazione del setpoint

e differenze sostanziali sono dovute ai diversi

metodi di filtraggio.

Un vantaggio distintivo di regolatori PID è che

due regolatori PID possono essere utilizzati

insieme

per produrre migliori prestazioni dinami-

che. Questo si chiama cascade PID. Nel controllo

a cascata ci sono due PID organizzati in modo che

uno controlla il set point dell’altro. Un controllore

Figura 4 - Un esempio di controllore PID implementato in un

sistema PLC

Figura 3 - Controller PID elettronico