VIDEO: Come funziona il controllo PID in un ATC2000?
ATC2000 è un sistema di riscaldamento a basso rumore per mantenere la temperatura corporea degli animali durante le procedure sperimentali. ATC2000 utilizza un controller digitale PID per regolare la potenza applicata alla piastra riscaldante e raggiungere la temperatura desiderata sul sensore monitorato. PID sta per Proporzionale, Integrale e Derivativo. Ecco come funziona il controllo PID:
Il valore predefinito del setpoint è 37 °C, ma è possibile configurarlo. Il controller calcola l'errore, ovvero la differenza tra la temperatura attuale e quella desiderata.
Errore = Temperatura monitorata – Setpoint
Si ricavano tre componenti distinti applicando funzioni diverse all'errore:
- L'errore viene moltiplicato per il fattore di guadagno proporzionale (P), che è possibile regolare.
- L'errore viene accumulato per formare l'integrale, che viene moltiplicato per il fattore di guadagno integrale (I), che è possibile regolare.
- Il valore precedente dell'errore viene sottratto dall'errore per determinare la differenza. Questa viene quindi moltiplicata per il termine derivativo (D), che è possibile regolare.
Queste tre componenti vengono sommate per formare il segnale di ingresso applicato al sistema. Il sistema produce un valore di temperatura, che viene reinviato per essere confrontato nuovamente con il setpoint. Il ciclo si ripete finché l'errore non è pari a zero, ovvero quando l'uscita raggiunge il setpoint desiderato.
Effetto del guadagno proporzionale
Il guadagno proporzionale agisce rapidamente e non varia nel tempo quando l'errore è costante. Da solo, avvicina il sistema al valore desiderato, perché il controllo proporzionale limita le oscillazioni della temperatura intorno al setpoint mentre il controller si stabilizza. Tuttavia, se si utilizza solo il controllo proporzionale dopo che la temperatura si è stabilizzata, la temperatura effettiva si avvicina al setpoint, ma non lo raggiunge mai del tutto. Un guadagno proporzionale troppo elevato fa oscillare il sistema al di sopra e al di sotto del setpoint.
Effetto del guadagno integrale
Il guadagno integrale varia nel tempo man mano che l'errore si accumula. Questo fattore di guadagno varia finché il sistema non raggiunge il setpoint. A quel punto rimane stabile finché l'errore non aumenta o diminuisce. Il fattore di guadagno integrale è responsabile della stabilità a lungo termine. Anche un guadagno integrale troppo elevato causa oscillazioni.
Effetto del guadagno derivativo
Il fattore di guadagno derivativo viene usato raramente. Questo termine serve principalmente a ridurre il superamento iniziale del setpoint nei sistemi che cambiano rapidamente. L'impostazione predefinita di fabbrica per il guadagno derivativo è zero. La funzionalità è comunque implementata e disponibile. Nei sistemi che impiegano molto tempo a reagire allo stimolo, potrebbe essere difficile utilizzarla in modo efficace.
Ricapitolando, la temperatura monitorata viene confrontata con il setpoint per determinare l'errore, quindi gli algoritmi P, I e D vengono applicati al valore dell'errore. I valori PID vengono sommati per determinare il comando inviato al riscaldatore. L'uscita modifica la temperatura monitorata e il ciclo si ripete.
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