Die industrielle und kommerzielle Prozesssteuerung ist ein sehr wichtiger Bereich der automatischen Steuerungstechnik. Grundsätzlich werden in der Prozesssteuerung zwei Arten von Regelalgorithmen verwendet: EIN/AUS-Regelung und Proportional-Integral-Differenzial-Regelung (PID). Beide Regelungsalgorithmen verwenden eine Rückkopplung, bei der die Ausgangsreaktion der Anlage mit dem gewünschten Wert verglichen wird und eine Maßnahme ergriffen wird, um den Fehler zwischen den beiden Werten zu minimieren.

Bei einfachen EIN/AUS-Regelungsanwendungen wird der Anlage die volle Leistung zugeführt, wenn der Fehler positiv ist, andernfalls wird die Leistung entfernt. Die EIN/AUS-Regelung hat viele Nachteile. Erstens ist die Regelabweichung nie gleich Null, so dass eine präzise Steuerung der Anlage nicht möglich ist. Bei einer EIN/AUS-Temperaturregelung zeigt die gemessene Temperatur beispielsweise ein oszillierendes Verhalten und kann mehrere Grad über oder unter dem gewünschten Wert liegen. EIN/AUS-Regelung. Zweitens ist es sehr schwierig, Anlagen mit Zeitverzögerungen mit einer EIN/AUS-Regelung zu steuern. Drittens basiert die EIN/AUS-Regelung in der Regel auf der Verwendung eines Relais, das viele Male schalten muss, was seine Lebensdauer verkürzt.
PID based practical digital control

Was sind PID-Regler?

Die PID-Regelung ist der am häufigsten verwendete Regelungsalgorithmus, der in industriellen, verfahrenstechnischen und kommerziellen Anwendungen weit verbreitet ist und allgemein als der einfachste und vielleicht beste Regelungsalgorithmus anerkannt ist, der eine präzise Regelung einer Anlage ermöglicht. Die Beliebtheit und weite Verbreitung von PID-Reglern ist zum einen auf ihre robuste Leistung in einer Vielzahl von Prozesssteuerungsanwendungen und zum anderen auf ihre einfache Handhabung zurückzuführen, die es Ingenieuren ermöglicht, sie auf einfache und unkomplizierte Weise zu bedienen und einzustellen. Wie der Name schon sagt, besteht der PID-Algorithmus aus drei Grundkoeffizienten: Proportional-, Integral- und Differentialkoeffizient, die variiert werden, um eine optimale Reaktion zu erzielen.

Neue Buchveröffentlichung 

Das neue Buch PID-Based Practical Digital Control with Raspberry Pi and Arduino Uno (PID-basierte digitale Regelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno) befasst sich mit der Verwendung des Raspberry Pi 4 und des Arduino Uno in PID-basierten Regelungsanwendungen. Das Buch beginnt mit der grundlegenden Theorie sowohl der kontinuierlichen als auch der zeitdiskreten Rückkopplungsregelungen. Das Zeitverhalten von Systemen erster und zweiter Ordnung wird detailliert beschrieben. Es werden funktionierende und vollständig getestete Projekte zur Regelung realer Systeme mit PID-Regelalgorithmen vorgestellt. Das Open-Loop-Sprungzeitverhalten, verschiedene Methoden zur Abstimmung der PID-Parameter und das Closed-Loop-Zeitverhalten der entwickelten Systeme werden im Buch zusammen mit den Blockdiagrammen, Schaltplänen, PID-Regler-Algorithmen und vollständigen Programmlistings und Programmbeschreibungen sowohl für den Raspberry Pi als auch für den Arduino Uno dargestellt.

Beispiel für einen PID-Regler

Ein Projekt aus dem Buch ist unten abgebildet. Es wird verwendet, um den Wasserstand in einem Tank mit einem Raspberry Pi 4, einem Ultraschallsensor, einem Reservoir, einem Tank, einer Tauchpumpe, einem MOSFET-Schalter und einer Stromversorgung zu steuern. Das Ausgangssprungzeitverhalten des Systems mit dem PID-Regler ist im Diagramm dargestellt, wobei der Wasserstand auf 10 Zentimeter eingestellt werden sollte.
 
         
Project overview PID Controller
    
 

 
Elements of the project with PID Controller

 
The output step time response of the system with PID Contorllers
The output step time response of the system with the PID controller.
Die in diesem Buch vorgestellten Projekte sollen die grundlegende Theorie und die Anwendungen von PID-Reglern vermitteln, und diese Projekte können von den Lesern leicht für andere Regelungsanwendungen modifiziert werden. Interessierte Leser können ihr Wissen durch die Suche im Internet erweitern, wo es viele Tutorials, Anwendungshinweise, Projekte und Abhandlungen zu PID-Reglern gibt.

Das Buch behandelt die folgenden Themen:
  • Steuerungs- und Regelungssysteme
  • Analoge und digitale Sensoren
  • Übertragungsfunktionen und zeitkontinuierliche Systeme
  • Zeitverhalten von Systemen erster und zweiter Ordnung
  • Zeitdiskrete digitale Systeme
  • Zeitkontinuierliche PID-Regler
  • Zeitdiskrete PID-Regler
  • ON-OFF-Temperaturregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
  • PID-Temperaturregelung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
  • PID-DC-Motorsteuerung mit Raspberry Pi und Arduino Uno
  • PID-Wasserstandsregelung mit Raspberry Pi und Arduino

Übersetzung: Vasileios Laskaridis