PID Controllers

Les boucles de rétroaction sont des éléments clés du contrôle du comportement d'un système, et sont utilisées dans divers domaines, notamment l'optique et la photonique, la nanotechnologie et la science des matériaux, lestechnologies quantiques, la microscopie à sonde à balayage et la détection. Tirer parti du fonctionnement en boucle fermée permet d'accélérer les processus transitoires, de réduire l'impact des perturbations sur le système et de régler son comportement en régime permanent.

Le contrôleur PID compare d'abord la sortie du système avec un point de consigne défini par l'utilisateur et génère un signal d'erreur. Il essaie ensuite de minimiser ce signal d'erreur en ajustant sa sortie, ce qui a pour effet de piloter le système. Ce signal de commande est obtenu en ajoutant trois termes calculés séparément du signal d'erreur : les termes sont appelés proportionnel (P), intégral (I) et dérivé (D), et chacun a son propre gain.

Zurich Instruments propose des contrôleurs PID exclusivement en tant qu'options de mise à niveau pour les amplificateurs à verrouillage, les analyseurs d'impédance et les moyenneurs de type boxcar. Par conséquent, un certain nombre d'entrées différentes peuvent être choisies pour les PID : l'ensemble des choix comprend les composantes d'amplitude, de phase, de quadrature et en phase des signaux démodulés, les sorties de boxcar, ainsi que les entrées et sorties auxiliaires. Le traitement numérique des signaux intégré garantit un rapport signal/bruit maximal, une latence minimale de la boucle de rétroaction et un fonctionnement en boucle fermée avec une grande stabilité. Même des signaux minuscules peuvent être localisés dans un arrière-plan bruyant et riche en parasites et utilisés comme entrées fiables. Le signal de retour est alors disponible en tant que sortie analogique et peut également être appliqué directement à la sortie d'un générateur de fréquence interne pour contrôler son amplitude, sa fréquence, son décalage et sa phase.

La caractérisation et la mise en place de nouvelles boucles de régulation sont simples avec le logiciel LabOne®. Le balayeur paramétrique, l'oscilloscope et les autres outils d'acquisition de données disponibles permettent aux utilisateurs de comprendre facilement les spécificités d'un système dans les domaines temporel et fréquentiel. De plus, le conseiller PID offre un certain nombre de fonctions de modèle prédéfinies qui peuvent être utilisées pour dériver un ensemble initial de paramètres PID qui peuvent être affinés manuellement ultérieurement, par exemple sur la base des réponses échelonnées enregistrées à comparer au modèle fourni par le conseiller PID. Alternativement, la routine Auto Tune fait varier P, I et D automatiquement pour minimiser l'erreur résiduelle.

Les options PID pour l'amplificateur à verrouillage MFLI et l'amplificateur à verrouillage UHFLI sont également équipées d'un filtre passe-bas à gain D et de la fonctionnalité de débobinage de phase.

Dans de nombreux cas, l'introduction d'un gain D offre la possibilité d'accélérer la réponse de la boucle. Cependant, cela conduit souvent à l'instabilité car cela introduit des gains croissants vers les hautes fréquences. L'introduction d'un filtre passe-bas réglable dans la branche D permet de tirer parti du gain D sans se heurter à des instabilités.

La détection de phase facilitée par un amplificateur à verrouillage est généralement limitée par la fonction arct2(y/x) à la plage de valeurs ±π. À son tour, cela limite la "plage de capture" du PID ainsi que la stabilité du fonctionnement en présence de bruit externe. Dans le domaine numérique, cette limitation peut être surmontée grâce à une fonctionnalité de "déballage de phase" qui détecte les cas où la détection de phase dépasse ses limites et garde la trace de ce comportement en conséquence. Les PID de Zurich Instruments prennent en charge une "plage de capture" qui s'étend jusqu'à ±1024π.

• Le large choix de signaux d'entrée et de sortie PID et les contrôleurs PID entièrement configurables permettent de concevoir et de maintenir un contrôle en boucle fermée dans une large gamme de conditions. entièrement configurables permettent de concevoir et de maintenir un contrôle en boucle fermée dans une large gamme de conditions, sans avoir besoin d'instruments supplémentaires.sans avoir besoin d'instruments supplémentaires. Le passage d'un contrôleur à un autre en cas de besoin ne pose aucun problème.
• Plusieurs contrôleurs PID peuvent fonctionner simultanément dans le même instrument, permettant ainsi des boucles de rétroaction avancées tout en maintenant la complexité de la configuration.

• Le PID Advisor permet aux utilisateurs de modéliser leur installation et de calculer les paramètres de départ appropriés. Il est ensuite possible d'optimiser davantage ces paramètres PID grâce à la routine Auto Tune et de minimiser l'erreur PID résiduelle.
• L'ensemble d'outils LabOne comprenant un Scope, un analyseur de spectre, un sweeper et un traceur facilite une analyse et une surveillance intégrées de la qualité du verrouillage. Par exemple, il est possible de visualiser l'erreur PID sous forme d'histogramme pour repérer les écarts par rapport à une distribution gaussienne, ce qui peut indiquer que quelque chose dans la configuration ne fonctionne pas comme prévu.