PID o cómo hacer saltar un ascensor por las nubes
Alohas rufianeras! Mis fosas nasales no paran de segregar mocos y no estoy en mi mejor momento (siendo sinceros) Pero voy a intentar contar algo así electrónico para calmar tu ansia de lectura voraz.
Estaba mirando los drones famosos y me he dado cuenta que la estabilidad del vuelo de dichos aparatejos está controlada por aquello que llamamos PIDs. Los PIDs son muy comunes en la industria y las profesiones relacionadas con la automatización de la industria es algo a lo que están acostumbradas. Pero por ejemplo, en el sector de las telecomunicaciones puede sonar a una cosa rara…
Así que nada, vamos a ver qué es eso del PID…
El PID controlará la industria…
El PID es un objeto capaz de controlar un sistema. De manera que este sistema se encuentra en un estado y al cambiar de estado, el PID nos ayudará a controlar cómo llega a ese nuevo estado. Esto lo hace basándose en la realimentación.
Después de dicho esto, creo que hay que explicar todo el párrafo anterior porque puede que alguno se haya quedado un poco traspuesto al leerlo. Tenemos un pequeño ascensor en un tubo de un metro. Este ascensor tiene en la base un ventilador que lo hace subir y bajar. Si no hay aire cae de repente y si se le aplica aire va subiendo hasta llegar a un punto donde deberemos mantener el aire justo para que no caiga y que no suba más.
¿Es un ejemplo raro? Puede, pero es un poco bastante extrapolable a los drones… Volvamos al ascensor. Lo primero es, ¿Qué utilizar para controlar el ventilador? Como no se trata de un motor que mueve una polea y levanta el ascensor no podemos meter un Arduino así por las bravas. Podremos utilizar un Arduino, pero necesitaremos aplicarle algoritmos de PID.
Esto es porque no sabemos si puede haber cosas que nos ataquen el proceso. No es un proceso conocido como tal. Podríamos medir el aire necesario para llegar a la altura que queremos con el ventilador. Pero, ¿Qué pasa si tu vecino cabr** te inclina un poco el ascensor cuando va de visita? Pues que nunca llegará.
El PID utiliza la realimentación, va obteniendo la información necesaria y va recalculando lo que necesita para llegar al sitio que le hemos pedido. Esto es la realimentación, hacer una acción, medir el resultado y adaptar la acción que hacíamos al resultado obtenido hasta llegar a lo que queremos.
Cómo llegar al punto deseado
He dicho que el PID nos ayuda a controlar cómo llega el sistema al nuevo estado. La razón no es tan obvia ya que si tiene que ir desde la base hasta la altura de 30cm pues va y ya esta,no? No es tan sencillo. El ascensor puede subir esos 30cm de forma muy muy lenta de manera que tarde 10 minutos. Pero también puede subir en 1 segundo. Lo que pasa es que al subir en 1 segundo es altamente probable que se pase de frenada y llegue a los 70cm.
Luego se dará cuenta de que la ha liado y bajará hasta los 10cm, luego le volverá a meter caña al ventilador para llegar a los 50cm y luego corregirá para llegar a los 30cm.
Y puede que se quede ahí o que siga oscilando y nunca se pare en 30 cm sino que siempre esté en un rango más o menos cercano a 30cm.
Claro, aquí lo ideal es que llegue a 30cm clavado en el menor tiempo posible y sin sobreoscilar (Es así como se le llama al comportamiento de subir demasiado y tener que bajar). Para ello hay que tocar una serie de valores que tienen las siglas PID. Y son la razón de que a este aparato lo llamemos así.
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PID: Proporcional, Integral, Derivativo
Las siglas de PID provienen de Proporcional, Integral y Derivativo. Cada una de estas partes se pueden combinar de manera que podemos tener un control P, PI, PD o PID. Cada uno de los valores tiene unas propiedades especiales que nos pueden interesar más o menos. Eso sí, como ves, la parte proporcional tiene que aparecer siempre.
La P, Proporcional, es un valor que se multiplica al error cometido. Es decir, le decimos que hay que que llegar a 30cm, se queda en 25cm, el error es de 5cm que multiplicamos por el valor de la constante P y nos da lo que hay que aplicarle ahora al ventilador.
Esto es muy sencillo, el problema es que funciona muy pocas veces porque solo en ciertos rangos te va a funcionar la P de manera que al final lleguemos a un error igual a cero. Lo más común es que todo se vaya de madre y el ascensor acabe saliendo del tubo ya que la P no considera el tiempo, solamente la salida que se obtiene y con ella el error. Es por eso que lo normal es añadirle componente I o D o ambas al proceso.
La I mira el pasado…
La I, Integral, se llama así porque integra en el tiempo la diferencia entre el valor real y el valor al que queremos llegar. De esta manera, lo que se hace es sumar el error en un tiempo determinado y lo multiplica por una constante I que es la que luego multiplicaremos a la P y buscará reducir y eliminar el error.
La I se utiliza para eliminar el efecto de acciones externas como sería la inclinación del tubo del ascensor. Esto es porque como suma el error, lo que hace es leerlo muchas veces para saber a qué atenerse y cambiar la I en función de eso para eliminar el error totalmente.
Digamos que la I dice lo rápido que hay que moverse para subsanar el error y esto dependerá de cuánto tiempo lleve el error en marcha ya que lo integramos, lo vamos sumando todo el tiempo.
La D mira el futuro…
Por último, la D es el derivativo y es el caso contrario a la I. Ya que el contrario de la integral es la derivada. Lo que hace la D es mirar en el futuro y prever los sobreimpulsos que surgen de manera que la D lo que va a intentar es evitar estos cambios bruscos.
La D se utiliza cuando hay cambios en el error (no es constante) de manera que intenta corregirlo nada más aparece de manera que así intenta que no exista.
La P dice cuánto variar cuando hay un error para subsanarlo. La D va más allá y le dice cuánto variar la salida cuando la entrada varía.
Un mal uso conlleva una gran inestabilidad…
De los valores PID depende que el sistema sea estable o se comporte de manera inestable y haga volar fuera del tubo el ascensor. Normalmente, para conseguir esto se define el sistema, se pone en una ecuación cómo se comporta el sistema. Luego, se aplican los valores del PID que harán que el sistema sea estable. Para ello se utilizan cosas matemáticas.
Para los más prácticos lo que se hace es poner la P hasta que el sistema oscila y ya vemos que es lo más rápido que se puede subir. Luego esta P se baja a la mitad y se pone la I de manera que ya suba lo rápido que deseamos. Luego se puede añadir D comprobando que reacciona bien si hay un cambio brusco y se produce un sobreimpulso. Que es para lo que sirve la D.
Y con esto, yo creo que.. ¡Fin del hechizo! Nos vemos en el próximo post. ¡Y cuidado con los PI, que pueden hacer que tu sistema suba muy muy arriba y todo sea inestable!
