1Tema 5. Estructuras avanzadas de controlTema 5. Estructuras
Avanzadas de controlNDICE: Introduccin Estructuras avanzadas de
controlControlde relacin (ratio)ControlselectivoControlcon
restriccionesControlde gama partidaControlanticipativoControlen
cascadaControlde procesos con grandes tiempo muertosIntroduccin
Tema 5. Estructuras avanzadas de controlCA!ACTE!"#TICA# $E%
C&'T!&% !EA%I(E'TA$&9)E'TA*A#+ +,roduce accin
correctora en cuanto e-iste error%a accin correctora es
independiente de la .uente / tipo de la pertur0acin'ecesita poco
conocimiento del proceso a controlar (un modelo apro-imado)El
controlador ,I$ es uno de los controladores de realimentacin m1s
vers1til / ro0usto9$E#)E'TA*A#+ + 'o produce accin correctora 2asta
3ue la pertur0acin se propaga a la varia0lecontrolada 'o es capaz
de generar una accin preventiva (aun3ue las pertur0aciones
seanconocidas o se puedan medir) En procesos con grandes tiempo
muertos4 la din1mica del sistema en 0ucle cerrado nosuele ser
acepta0le En algunas aplicaciones la varia0le controlada no puede
medirse / la realimentacin nopuede realizarse5Tema 5. Estructuras
avanzadas de controlIntroduccin9 A pesar de sus desventa6as4 la
ma/or7a (8 9:;) de lasaplicaciones industriales utilizan 0ucles
derealimentacin simple9 ,ara las situaciones en las 3ue el control
realimentado no resulta satis.actorio4 es necesario utilizar otras
estrategias para o0tener las prestaciones re3ueridas9 A estas
estrategias4 3ue se com0inan con el 0ucle de realimentacin (no lo
sustitu/en) se les denominaestructuras avanzadas de controlControl
de !elacin (!atio)AAlternativas9 Controlar directamente los dos
caudales / a6ustar los valores de consigna a unos valores
previamente calculados9 (edir el caudal de re.erencia A (no
manipula0le)4 multiplicarlo por !4 / 2acer @?!AA (punto de consigna
del controlador de caudal)9 (edir am0os caudales4 calcular la
relacin entre ellos (ratio real) / a6ustar la v1lvula de producto
@Control de !elacin (!atio)Tema 5. Estructuras avanzadas de
controlE6emplo+ #istema de mezcla de corrientes de
proceso&06etivo : (antener un relacin constante entre los
caudales A / @A(t)4 m5>2@(t)4 m5>2BCTema 5. Estructuras
avanzadas de controlControl de !elacin (!atio)E6emplo+ #istema de
mezcla de corrientes de procesoA(t)4 m5>2@(t)4 m5>2FTFC1
1FTFC2 2Solucin: controlar am0os caudales de .orma 3ue los
#,cumplan la relacinProblema: suele ocurrir 3ueuno de los dos
caudales slo se puede medir (caudal de re.erencia)Tema 5.
Estructuras avanzadas de controlE6emplo+ #istema de mezcla de
corrientes de procesoA(t), m3/hFT1FY1BFT FC22R*ASPSolucin A: medir
el caudal de re.erencia (A) #, para DC ? !AA@?!AAEanancia
constanteB(t), m3/hFB ? RFA9E6emplo+ #istema de mezcla de
corrientes de procesoFTA(t)4 m5>2@(t)4
m5>21FYB/A1BFT2ControladorRCde relacin1SP (R)Solucin B: medir
am0os caudales calcular su relacin (@>A)Controlador ,I$ cu/o #,
es elvalor de ! deseado!?@>AEanancia no linealFB ? GBFA A
? G RAHControl #electivo&06etiv o+ (antener 0a6o control
(entendido como conseguir 3ue no se superendeterminados l7mites)
varias varia0les de proceso manipulando una sola varia0le9 )arios
o06etivos de control asociados a un proceso no pueden satis.acerse
simult1neamente9 'o es posi0le eliminar la desviacin en todas ellas
a cam0ios en la carga o en el punto de consigna9 Es necesaria
alguna estrategia en 3ue las varia0les controladas puedan compartir
varia0les manipuladasE6empl o+ ,roceso en el 3ue se calienta un
.luido mediante un 2orno 3ue sirve como .luido cale.actor en un
tren de intercam0iadores. %ocalmente secontrola la temperatura de
cada uno de los pasos.%a temperatura del .luido cale.actor se
controla regulando la aportacin decom0usti0le al 2orno.1:11Tema 5.
Estructuras avanzadas de controlSPMINPT PC1Control #electivoE6empl
o+ #istema calentadorgases de com0ustinSPTT TC11Iorno 22Thaire
.uelTT4TCSP1TT TC SP331Control #electivoSPMINPT PC1E6empl o+
#istema calentadorgases de cm!"st#$%SPTT
TC11&'%22ThTT4a#'e("e)SP*!#asTCTY1 4 +ma,TT TC SP331Control con
restricciones a la entrada15Tema 5. Estructuras avanzadas de
control9 #e superan los l7mites del actuador (entrada al proceso)%a
varia0le de control alcanza los l7mites del actuadorEl lazo de
realimentacin se rompe+ el sistema tra0a6a como en 0ucle
a0iertoConsecuencia+ transitorios largos / .uertes so0reimpulsos9
Jindup+ #aturacin del tKrmino integral#e produce un
crecimientoincontrolado del tKrmino integral de la seLal de control
#e re3uiere 3ue el error tenga sentido opuesto duranteun periodo
largo para retornaral rango de actuacin lineal Estrategia AW
(Anti-Windup)+Es3uema adicional de compensacin. 'o es e-clusivo del
,I$9 &tros mKtodos de diseLo@asados en tKcnicas predictivas /
teor7as de control m1s avanzadas!estricciones tomadas en cuenta a
priori'ecesidad de modelo1 sControl con restricciones a la
entradaE#T!ATEEIA# AJ+ #eguimiento IntegraleuMp +Modelo
actuadorurMp>Ti +-+ew1> TtTt constante de tiempo de
seguimiento9 %azoe-tra de realimentacin para la accin integral9
&06etivo+ pasar a cero la accin integral en un tiempo no nulo /
cu/o valor depende de Tr.9 Tr+ constante de tiempo de seguimiento9
Cuanto m1s pe3ueLa sea Tr4 m1s r1pido seresetea el integrador.9 %os
valores aconse6ados son Td N Tr N Ti9 Cuando el actuador no est1
saturado el lazo e-tra no produce ningOn e.ectoControl con
restricciones a la salidaC&'T!&% &)E!!I$E9
&06etivo+ proteccin para 3ue ciertas varia0les de interKs no
superendeterminados l7mites (restricciones)9 Estrategia para
procesos en 3ue varios reguladores con o06etivos
di.erentescomparten un mismo actuador9 (a/or nP de varia0les
controladas 3ue manipuladas9 %a varia0le manipulada disponi0le se
usa para controlar la varia0le de ma/orinterKs9 ,ermite cam0iar de
varia0le controlada onQline+ )arios o06etivos de control asociados
a un proceso no pueden satis.acerse simult1neamenteControl
overrideE6emplo+ Control del caudal de salida / nivel de un
depsitoh2(t)(e(t)Objetivos:Q .lu6o constante de l73uido al procesoQ
evitar des0ordamientos del tan3ue o3ue la 0om0a se desce0eVariables
controladas+Q caudal de alimentacin al procesoQ nivel del
depsitonica variable mani!ulada+Q apertura de v1lvula de
salidah(t)SPh1(t)FCFT22((t) ,rocesoControl overrideE6emplo+ Control
del caudal de salida / nivel de un depsito(e(t)FC2 Controlador de
.lu6oLC11 Controlador de nivelF1B #electorh2(t)ma, (h2)m#% (h1)-T
-C11 11h(t) SPh1(t)FY FCFT1B22((t)19Tema 5. Estructuras avanzadas
de controlE6empl o+ Control del nivel / del caudal del
depsito9Control realimentado R override9FC2+ controlador por
realimentacin varia0le controlada+ caudal de salida4 !"t# varia0le
manipulada+ apertura de v1lvula a la salida9LC11+ controlador de
nivel ,unto de consigna + $1 (valor m7nimo permitido para el nivel)
#i el nivel est1 por encima del m7nimo4 $"t# % $1"t#& el
controlador solicita una aperturade v1lvula del 1:: ; #i !e"t# se
corta4 el nivel puede 0a6ar por de0a6o del m7nimo 2aciendo 3ue la
0om0acavite. #olicita el cierre de la v1lvula9F1B+ selector de
m7nimo #elecciona la apertura m7nima solicitada entre FC2 / LC11 En
condiciones normales el nivel estar1 por encima del m7nimo4 por lo
3ue ser1 FC2 el3ue go0ierna la v1lvula Cuando el nivel entra en
zona restringida4 $"t#' $14 F1B da prioridad a la seLal de LC114
cerrando la v1lvula para evitar 3ue el tan3ue se vac7e. #e a0andona
temporalmente el o06etivo de control de .(t#9El transmisor de nivel
LT enviar1 la seLal tam0iKn a otro controlador4 3ue de0er1 cerrar
lav1lvula de entrada !e"t# si el nivel est1 por encima del m1-imo
permitido (otro lazo)Control de gama partida1HTema 5. Estructuras
avanzadas de control9 Tam0iKn denominado control de rango partido9
Caso en 3ue un regulador puede manipular dos o m1s actuadores.(a/or
nP de varia0les manipuladas 3ue controladas9E6emplo+ !eactor al 3ue
entra un producto gaseoso A4 / sale un producto @resultante de la
reaccin.9 &06etivo+ (antener la presin , del interior del
reactor)aria0les manipuladas+ v1lvula de entrada de A / v1lvula de
salida de @#electorSP,T,TAB!eactor)1 ):Tema 5. Estructuras
avanzadas de controlControl de gama partidaE6emplo+ !eactor al 3ue
entra un producto gaseoso A4 / sale un producto @resultante de la
reaccin9 %a salida del regulador de presin (C va a un selector 3ue
se encarga dedistri0uir la accin de control entre las dos v1lvulas
)1 / )9 %a pol7tica a seguir est1 representada en la gr1.ica+ A
presiones 0a6as4 )1 estar1 a0ierta al 1::; / ) cerrada. A altas
presiones4 )1 estar1 cerrada / ) a0ierta. A presiones intermedias4
la a0ertura de cada v1lvula se determina de lagr1.ica1:: ;)1 ):
;,Control AnticipativoQ9 #e utiliza cuando las pertur0aciones
signi.icativas a.ectan m1s directamente ala varia0ledesalida 3ue se
desea controlar9 Este tipo de pertur0aciones se denominan
!erturbaciones a la salida o decar"a9 Stiliza la medida de la
propia pertur0acin (o de una varia0le au-iliar de la 3ue in.erir su
valor) para actuar antes de 3ue la pertur0acin se propague a
lasalida9 Sn caso particular es el control de proporcin o de
relacin$Ec#, ,)R EcEpRControl en Cascada
Tema 5. Estructuras avanzadas de controlQ9 #e utiliza cuando las
pertur0aciones a.ectan directamente a la varia0le manipulada (en la
ma/or7a de los casos ser1 un caudal de materia o .lu6o deenerg7a)9
Este tipo de pertur0aciones se denominan !erturbaciones a la
entrada9 Stiliza la medida de varia0les internas (au-iliares) para
detectar r1pidamenteel e.ecto de las pertur0aciones e iniciar antes
la accin correctora9 #e realiza mediante 0ucles de realimentacin
anidados$Ec#, ,)R EcREpControl de procesos con grandes
retardos5Tema 5. Estructuras avanzadas de control9 %os tiempos
muertos o retardos puros constitu/en una parte.undamental de la
din1mica de muc2os procesos industriales.9 #iem!o muerto+ es el 3ue
transcurre entre el momento en 3ue se produce un cam0io en una
varia0le de entrada / el momento en 3ue el e.ecto de esa variacin
se o0serva en la varia0le de salida.En
procesos3u7micossuelede0ersea+ Tiempo 3ue tarda un .luido o un
material en circular de un punto a otro(retardo
distanciaQvelocidad) (ezcla imper.ecta en un e3uipo tipo tan3ue
agitado $nde se coloca el sistema de medida de la varia0le
controlada9 %a realimentacin simple resulta insu.iciente9 Con
o06etor de preservar su esta0ilidad los lazos resultan
lentosAlternativ a+9 Algoritmos espec7.icos de compensacin de
tiempos muertos. #on de car1cter predictivos9 %a 0ondad de los
mKtodos predictivos est1 en la e-actitud del modelo
