CONTROLADORES P , PI, PD, PID
CONTROLADORES P , PI, PD, PIDPresentado por: Jorge Luis Parra
DazCristian Torrenegra CONTROLADORESEl controlador es el cerebro
del circuito de control. Es decir es el dispositivo que toma la
decisin en el sistema de control y, para hacerlo, el controlador:1.
Compara la seal del proceso que llega del transmisor, la variable
que se controla, contra el punto de control y2. Enva la seal
apropiada a la vlvula de control, o cualquier otro elemento final
de control, para mantener la variable que se controla en el punto
de control.PARTES DE UN CONTROLADOR
CONTROLADOR DE PROCESOS
FUNCIONAMIENTO DE UN CONTROLADORPara explicar el funcionamiento
de un controlador podemos considerar el siguiente circuito de
control de un intercambiador de calor. Si la temperatura del fluido
sobrepasa el punto de control, el controlador debe cerrar a vlvula
de vapor. Puesto que la vlvula es de aire para abrir, se debe
reducir la seal de salida del controlador (presin de aire o
corriente) Para tomar esta decisin el controlador debe estar en
accin inversa. Algunos fabricantes designan tal accin como
decremento; es decir, cuando hay un incremento en la seal que entra
al controlador, entonces se presenta un decremento en la seal que
sale del mismo
Otro ejemplo que podemos considerar es el circuito de control de
nivel de fluido en un tanque; si el nivel del lquido rebasa el
punto de fijacin, el controlador debe abrir la vlvula para que el
nivel regrese al punto de control. Puesto que la vlvula es de aire
para abrir ,el controlador debe incrementar su seal de salida y,
para tomar esta decisin, el controlador se debe colocar en Accin
directa. Algunos fabricantes denominan a esta accin incremento; es
decir, cuando hay un incremento en la seal que entra al controlador
entonces existe un incremento en la seal de salida del mismo.
Entonces podemos decir que para determinar la accin del
controlador, el ingeniero debe conocer:1. Los requerimientos de
control del proceso2. La accin de la vlvula de control u otro
elemento final de control.
La accin del controlador se determina generalmente mediante un
interruptor en el panel lateral de los controladores neumticos o
electrnicos, mediante un bit de configuracin en la mayora de los
controladores que tienen como base un microprocesador.TIPOS DE
CONTROLADORESLa manera en que los controladores toman una decisin
para mantener el punto de control, es mediante el calculo de la
salida con base en la diferencia entre la variable que se controla
y el punto de control. Entonces podemos mostrar los tipos ms
comunes de controladores, por medio del estudio de las ecuaciones
con que se describe su operacin.
CONTROLADOR Proporcional (p)Consideraciones- Puesto que los
rangos de entrada y salida son los mismos (3-15 psig o 4-20 mA).
Algunas veces las seales de entrada y salida, as como el punto de
control se expresan en porcentaje o fraccin de rango.- Cabe
destacar que la ecuacin (1) es para un controlador de accin
inversa; entonces si la variable que se controla, c(f), se
incrementa en un valor superior al punto de control, r(t), el error
se vuelve negativo, por ende, la salida del controlador, m(t),
decrece. La manera comn con que se designa matemticamente un
controlador de accin directa es haciendo negativa la ganancia del
controlador, K. - En las ecuaciones (1) y (2) se ve que la salida
del controlador es proporcional al error entre el punto de control
y la variable que se controla; la proporcionalidad la da la
ganancia del controlador, Kc; con esta ganancia o sensibilidad del
controlador se determina cunto se modifica la salida del
controlador con un cierto cambio de error. VENTAJAS Sencilla
OperacinSolo tienen un parmetro de ajuste : Kc PBDESVENTAJASOperan
con una desviacin en la variable de entrada
Algunos sistemas automticos de iluminacin utilizan un sistema P
para determinar con que intensidad encender lmparas dependiendo
directamente de la luminosidad ambiental.
CONTROLADOR PROPORCIONAL-INTEGRAL (PI)La mayora de los procesos
no se pueden controlar con una desviacin, es decir, se deben
controlar en el punto de control, y en estos casos se debe aadir
inteligencia al controlador proporcional, para eliminar la
desviacin.Esta nueva inteligencia o nuevo modo de control es la
accin integral o de reajuste y en consecuencia, el controlador se
convierte en un controlador proporcional-integral (PI). A
continuacin se muestran las ecuaciones con que algunos fabricantes
describen la operacin de sus controladores PI :
17En resumen, los controladores proporcionales- integracionales
tienen dos parmetros de ajuste: la ganancia o banda proporcional y
el tiempo de reajuste o rapidez de reajuste; la ventaja de este
controlador es que la accin de integracin o de reajuste elimina la
desviacin.Adems cabe destacar que aproximadamente el 75% de los
controladores en servicio son de este tipo.
CONTROLADOR PROPORCIONAL-derivativo (PD)Este controlador se
utiliza en los procesosdonde es posible utilizar un controlador
proporcional, pero se desea cierta cantidad de anticipacin .
Funcin de Transferencia (PD)IDEAL
Desventajas:
Opera con una desviacin variable que se controla.Ventajas-
Resiste mayor ganancia en el sistema.Controlador
proporcional-integral-derivativo (PID)Algunas veces se aade otro
modo de controlal controlador PI, este nuevo modo de controles la
accin derivativa, que tambin se conocecomo rapidez de derivacin o
pre actuacin;tiene como propsito anticipar hacia dnde vael proceso,
mediante la observacin de la rapidezpara el cambio del error, su
derivada. Laecuacin descriptiva es la siguiente:
Por lo tanto, el controlador PID tiene tres parmetros, K, o PB,
Y TD, que se deben ajustar para obtener un control satisfactorio.
Ntese que ~610 existe un parmetro para ajuste de derivacin, rD, el
cual tiene las mismas unidades, minutos, para todos los
fabricantes.Como se acaba de mencionar, con la accin derivativa se
da al controlador la capacidad de anticipar hacia dnde se dirige el
proceso, es decir, ver hacia adelante, mediante el calculo de la
derivada del error. La cantidad de anticipacin se decide mediante
el valor del parmetro de ajuste, ro.
Uso De Controladores PIDLos controladores PID se utilizan en
procesos donde las constantes de tiempo son largas. Ejemplos tpicos
de ello son los circuitos de temperatura y los de concentracin. Los
procesos donde la constante de tiempo es larga (capacitancia
grande) son generalmente amortiguados y, en consecuencia, menos
susceptibles al ruido; sin embargo, se debe estar alerta, ya que se
puede tener un proceso con constante de tiempo larga, por ejemplo,
un circuito de temperatura, en el que el transmisor sea ruidoso, en
cuyo caso se debe reparar el transmisor antes de utilizar el
controlador PID.Funcin Transferencia (PID)
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