Apuntes de control pid

1 Introducci ´on
En este cap´ıtulo veremos la familia de controladores PID, que mostraron ser robustos en
muchas aplicaciones y son los que m´as se utilizan en la industria. La estructura de un
controlador PID es simple, aunque su simpleza es tambi´en su debilidad, dado que limita el
rango de plantas donde pueden controlar en forma satisfactoria (existe un grupo de plantas
inestables que nopueden estabilizadas con ning ´un`un miembro de la familia PID). En este
cap´ıtulo estudiaremos los enfoques tradicionales al dise ˜no de controladores PID.
El controlador PID (Proporcional, Integral y Derivativo) es un controlador realimentado
cuyo propósito es hacer que el error en estado estacionario, entre la señal de referencia y
la señal de salida de la planta, sea cero de maneraasintótica en el tiempo, lo que se logra
mediante el uso de la acción integral. Además el controlador tiene la capacidad de
anticipar el futuro a través de la acción derivativa que tiene un efecto predictivo sobre la
salida del proceso.
Los controladores PID son suficientes para resolver el problema de control de muchas
aplicaciones en la industria, particularmente cuando la dinámica del proceso lopermite
(en general procesos que pueden ser descritos por dinámicas de primer y segundo
orden), y los requerimientos de desempeño son modestos (generalmente limitados a
especificaciones del comportamiento del error en estado estacionario y una rápida
respuesta a cambios en la señal de referencia).
Los fabricantes proporcionan los controladores PID de variadas formas. Existen sistemas
del tipo“stand alone” con capacidad para controlar uno o varios lazos de control. Estos
dispositivos son fabricados en el orden de cientos de miles al año. El controlador PID es
también un ingrediente importante en los sistemas de control distribuido, ya que
proporciona regulación a nivel local de manera eficaz. Por otro lado, pueden también venir
empotrados, como parte del equipamiento, en sistemasde control de propósito especial,
formando así parte integrante de la aplicación.
Su uso extensivo en la industria es tal que el 95% de los lazos de control que existen en
las aplicaciones industriales son del tipo PID, de los cuales la mayoría son controladores
PI, lo que muestra la preferencia del usuario en el uso de leyes de control muy simples.
En general, el usuario no explota todas lascaracterísticas de estos controladores, quizás
por falta de una mejor comprensión desde el punto de vista de la teoría de control.
En la actualidad, el control PID dispone de una serie de prestaciones, que en el pasado
han sido consideradas como secretos de los fabricantes. Un par de ejemplos típicos de
este tipo de prestaciones son las técnicas de conmutación de modos de control y elantiwindup del integrador.
Los algoritmos actuales se combinan con funciones lógicas y secuenciales y una seire de
mecanismos y funciones adicionales para adecuarse a los requerimientos de los
modernos sistemas de control y automatización industrial, lo que da lugar a dispositivos
especializados para el control de temperatura, velocidad, distribución de energía,
transporte, máquinas-herramientas,reacción química, fermentación, entre otros.
Los controladores PID son generalmente usados en el nivel de control más bajo, por
debajo de algunos dispositivos de mediano nivel como PLCs, supervisores, y sistemas de
monitoreo. Sin embargo, su importancia es tal que se convierte en el “pan de cada día”
del ingeniero de control.
Los controladores PID han sobrevivido a muchos cambios en latecnología a lo largo de
su historia. Desde los antiguos reguladores de Watt, de la época de la revolución
industrial, pasando por los controladores neumáticos, los controladores análogicos
eléctricos y electrónicos (primero implementados con válvulas y luego con circuitos
integrados) hasta los modernos controladores basados en microprocesadores, que
proporcionan una mayor flexibilidad debido a...