Uma solução do problema de backoff derivativo no controlador PID

Abstract

RESUMO: O fenômeno backoff derivativo ocorre em controladores PID. A causa deste fenômeno é a saturação na medição da variável de processo. Os valores que a variável de processo pode assumir muitas vezes excedem o range do sensor. No instante em que a saturação se inicia, a componente derivativa do PID vai rapidamente a zero e, com isso ocorre um aumento no sinal de controle, e este é o fenômeno backoff derivativo. O aumento no sinal de controle faz a variável de processo permanecer por mais tempo na saturação, o que é ruim para o controle. Aliás, na saturação a planta está sem controle, pois a realimentação está prejudicada. A lógica anti-backoff derivativo explora uma heurística para eliminar o backoff e, dessa forma, reduz o tempo em que a variável de processo permanece na saturação. Este trabalho visa averiguar a possibilidade de melhoria nos resultados obtidos por Hagglund e Theorin (2015). Em Hagglund e Theorin (2015), uma lógica anti-backoff derivativo é proposta e testada por simulações na mudança de setpoint, presença de distúrbio de carga e de ruído na medição. Aqui, uma lógica anti-backoff oriunda da versão original dá bons resultados preliminares. Todas as simulações adotam o modelo do processo e o PI_D utilizados em Hagglund e Theorin (2015) para evidenciar o fenômeno backoff derivativo. O software de simulação utilizado é o MATLAB/Simulink com o uso de s-function.

ABSTRACT: The derivative backoff phenomenon happens in PID controllers. The phenomenon is caused by measurement’s saturation in the process variable. The values that the process variable can assume often exceed the sensor range. The moment saturation begins, the PID’s derivative component go abruptly to zero and, by that, there is an increase of the control signal, and this is the derivative backoff phenomenon. Control signal’s rise makes the process variable stay longer in saturation, which is bad for control. Moreover, during saturation the plant has no control, because feedback is damaged. The derivative anti-backoff logic explores a heuristic to eliminate the backoff and, doing so, reduces the time in which the process variable is saturated. This paper aims to verify the results obtained by Hagglund and Theorin (2015). In Hagglund and Theorin (2015), a derivative anti-backoff logic is proposed and tested through simulations of change of setpoint, presence of load disturbance and measurement’s noise. Here, an anti-backoff logic deriving from the original one and preliminary results are obtained. Simulations adopt the process model and the PI_D used in Hagglund and Theorin (2015) to evidence the derivative backoff phenomenon. The simulation software is MATLAB/Simulink with use of s-function.