1. Premessa
Nell’ambito del controllo e regolazione industriale progettare e gestire un intero impianto può essere un’impresa veramente ardua se non si utilizzano metodi e strumenti opportuni. Basti pensare che un generico impianto industriale comprende numerosi anelli di controllo, spesso interagenti fra loro e voler progettare ogni sistema con le convenzionali tecniche dei diagrammi di Bode, di Nyquist o di Nichols richiederebbe troppo tempo e sarebbe assai problematico tenere conto delle inevitabili variazioni della dinamica del processo al variare del carico in esercizio.

Si devono pertanto adottare metodi di progettazione rapidi, che forniscano comunque prestazioni soddisfacenti, anche se non ottimali, perché quello che conta nell’ambito industriale non è comunque l’ottimo, ma il miglior compromesso costi/benefici. In questa ottica, un progetto richiede quindi tempi di pianificazione contenuti, metodi di progetto efficienti e di rapida applicazione, realizzazione di controllori semplici e in tale contesto si inserisce il regolatore PID che, con le sue numerose varianti, gestisce la stragrande maggioranza degli anelli di regolazione presenti nell’industria di processo.

Nella progettazione di un impianto vi sono diversi motivi che portano il progettista ad evitare di realizzare regolatori su misura troppo complessi (sebbene lo consentano le attuali tecniche di controllo a DCS e PLC) e ad orientarsi verso sistemi che implementano i classici regolatori PID, che sono generalmente adatti al controllo dei processi caratterizzati da fenomeni del primo e secondo ordine caratterizzati anche da rilevanti tempi morti.

Pertanto verrà nel seguito descritto l’algoritmo di regolazione PID:
– P: Proporzionale
– I : Integrale
– D: Derivativo

che nelle sue numerose varianti, gestisce oltre il 95% degli anelli di regolazione presenti negli impianti di processo industriale.

I motivi del suo successo risiedono in:
• considerevole efficacia nella regolazione di un’ampia gamma di processi industriali, in relazione alle specifiche assegnate;
• relativa semplicità di sintonizzazione, rapportata alle capacità degli utenti e alla difficoltà delle specifiche di controllo;
• importanza e convenienza economica della standardizzazione, in termini di riduzione dei costi di progetto, implementazione e manutenzione;
• inutilità nel cercare leggi di controllo più sofisticate dal momento che spesso le prestazioni scadenti della regolazione sono determinate dai problemi dei sensori e negli attuatori;
• staratura dei sensori, attriti nelle valvole, ecc.

Il regolatore PID, invece, può rappresentare lo strumento basilare degli schemi di controllo più complessi e articolati, che può fornire prestazioni elevate a fronte di un incremento della complessità accettabile.

2. L’algoritmo PID
Il regolatore PID nel sistema da controllare è costituito essenzialmente dallo schema di principio riportato in Figura, ove si nota che elabora l’errore di regolazione di ingresso (e) per produrre in uscita (u) una variabile manipolabile che agisce sugli organi regolanti del processo.

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