Capitulo 6

CAPITULO
6
Diseño de sistemas de control por retroalimentacióncon un solo circuito

En lus capítulos anieriores se familiarizó al lector con las caracterís'icas dinámicas de los procesos, sensores, inmsmivires. válvulas de control y controladort v También se expuso la manera de escribir las funciones de transferencia en forma lineal ¡ ara cada uno de estos componentes, así como la forma dereconocer los parámetros importantes para el diseño de sistemas automáticos de control, a saber: la ganancia de estado estacionario, las constarles de tiempo y el tiempo muerto (retardo de transportación o retardo en tiempo). En este capítulo se aborda la manera de reunir todos esos conceptos par;, el diseño y ajuste de sistemas de control con un circuito de retroal¡mentación; primero si analiza uncircuito Jcoinirol por retroal ¡mentación simple y ve eupoiie el pnn.vihiiiiL-míi p¡i < >lil>ui;ir mi diugra-ma de bloques y determinar su ecuación característica; a continuación e examina el significado de la ecuación característica, en términos de su utilización [ira determinar la estabilidad del circuito. Los dos métodos que se emplean en la deiermin tción de \a eslahí lidad de!circuito son el de Roulh y el de substitución directa. Postenorr icnte se presentan Jes métodos para ajustar el consolador por relroat i mentación, es decii. ajustar los parámetros del controiador a las características (o personalidad) de los olro componentes del circuito. También se trata el método de síntesis del controlador. el cu; I, además de proporcionar algunas relaciones simples del controlador,da cieña vi.sión p ira la selección de los modos proporcional, integracional y derivativo para varias furciom.s de transferencia del proceso. Finalmente, se verá la manera de evitar el importante pror lema de la reposición excesiva, el cual se estudió en el capítulo 5
Los métodos que se estudian en este capítulo son los que tionen más aplicación en el diseño y ajuste de los circuitos de controlpor retroalimemaii ' i para procesos industriales. Las técnicas de diseño más clásicas de lugar de raíz y el . ->álisis de la respuesta í.-n frecuencia, las cujíes se aplican iradicmiKilmanc a lus sistem;: m he reñía neme linca lev se estudiarán un d capitulo
El concepto de control por reiroalimentacitín, a pesar de existir desde hace más de dos mil años, no tuvo aplicación práctica en laindustria hasta que James Watt lo aplicó en el control de velocidad de su máquina de vapor, hace casi doscientos años; a partir de entonces proliferó la cantidad de aplicaciones industríales de dicho concepto, a la) punto que actualmente en la gran mayoría de los sistemas de control automático se incluye al menos un circuito de control por retroalimentación. Ninguna de las técnicas avanzadas decontrol desarrolladas en los últimos cincuenta años para mejorar el desempeño de los circuitos de control por retmal i mentación ha podido reemplazarlo; estas técnicas avanzadas se estudian en un capítulo posterior.
Para revisar el concepto de control por retroalimentación se utiliza el ejemplo del intercambiador de calor que se vio en el capítulo 1; en la figura 6-1 aparece un diagrama delintercambiador.
El objetivo es mantener la temperatura de salida del fluido que se procesa, 7",,(n, en el valor que se desea o punto de control, 7Íio (í), en presencia de variaciones en el flujo del fluido que se procesa, F(i) y la temperatura de entrada, T¡(i). La variable que se puede ajustar para controlar la temperatura de salida es el flujo de vapor, Fs(¡)t ya que determina la cantidad de energía quese suministra al proceso del Huido.
El plan de control por retroalimentación trabaja como sigue: la temperatura de salida o wrioble controlado se mide con un sensor y transmisor (TT42) que genera una señal T^t) proporcional a la temperatura; la señal del transmisor o medición se envía al comro-lador (T1C42), donde se compara contra el punto de control, entonces la función del controlador es...