control

TEORÍA DE CONTROL,
AJUSTE DE CONTROLADORES
INDUSTRIALES

DIRECTORIO
LIC. MIGUEL ÁNGEL CORREA JASSO
Director General
LIC. JAIME A. VALVERDE ARCINIEGA
Secretario General
DR. JOSÉ ENRIQUE VILLA RIVERA
Secretario Académico
DR. BONIFACIO EFRÉN PARADA ARIAS
Secretario de Apoyo Académico
DRA. MARÍA DE LA LUZ PANIAGUA JIMÉNEZ
Secretaria de Extensión y Difusión
LIC. RICARDO HERNÁNDEZRAMÍREZ
Secretario Técnico
LIC. FRANCISCO GUTIÉRREZ VELÁZQUEZ
Secretario Ejecutivo de la Comisión de Operación
y Fomento de Actividades Académicas
ING. MANUEL QUINTERO QUINTERO
Secretario Ejecutivo del Patronato
de Obras e Instalaciones

Teoría de control,
ajuste de controladores industriales
Guillermo Ávalos Arzate
Marcela Adriana Montúfar Navarro
Fernando Elí Ortiz Hernández
GustavoVillalobos Ordaz

I

N S T I T U T O

POLITÉCNICO N
—MÉXICO—

A C I O N A L

Teoría de control, ajuste de controladores industriales
Primera edición: 2002
D.R. © 2002 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Dirección de Publicaciones
Tresguerras 27, 06040 México DF

ISBN 970-36-0006-9
Impreso en México / Printed in Mexico

Índice

Introducción

11

Terminología y simbología
deingeniería de control automático
¿Qué significa medición y control automático?
Velocidad de respuesta
Respuesta de elementos primarios
Exactitud en la medición
Error estático y reproducibilidad
Error dinámico
Cambio sinusoidal
Carga de proceso
Fuentes de cambio de carga
Capacitancia
Tipos de capacidad y capacitancia
Capacitancia térmica
Capacitancia volumétrica
Capacitancia en pesoCapacitancia eléctrica
Capacitancia y retraso en el proceso
Capacitancia grande y capacitancia pequeña
Resistencia
Resistencia y retraso del proceso
Potencial
Tiempo muerto y retraso en procesos

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20
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24
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26
27
27

8

Teoría de control

Teoría de control automático
Teoría de control automático
Modos de controlautomático
Control de dos y múltiples posiciones
Control de dos posiciones sin diferencial
Control de dos posiciones con diferencial
Control de tres posiciones
Control flotante de una o varias velocidades
Control flotante de velocidad proporcional
Control proporcional puro o control modulante
Control proporcional con reajuste automático
(reset o integral)
Control proporcional con reajuste (reset)y acción derivada (rate)

29
31
31
32
32
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39
45
50

Principios de control automático
Controlador automático
Efecto de espacio muerto
Espacio muerto
Tiempo muerto
Posicionadores de válvulas
Válvula de control
Circuito de control automático
Instrumentos de medición y control
Variable manipulada
Variable controlada
Punto de ajuste
Velocidad de acción correctivaEstabilidad
Características estáticas
Exactitud
Errores de calibración
Resolución de la sensibilidad
Tiempo muerto
Histéresis

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56
56
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59
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61
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Índice

Remanencia
Linearidad e histéresis en los sistemas de control
Características de un proceso
Proceso sin autorregulación
Ganancia del proceso

9

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66
67
69
70Ajuste de controladores
Modelos matemáticos
Relación de flujo con respecto
a la señal de salida del controlador
Rango de flujo respecto al nivel del tanque
Comportamiento del recipiente B
Función dinámica
Procesos dinámicos
Transformadas de Laplace
Pico o impulso unitario
Ecuaciones diferenciales
Teorema de sustitución
Traslación o retraso de una función
Retraso de una funciónMultiplicación
Teorema de valor inicial y final
Resumen
Control proporcional
Control proporcional con reajuste automático (reset)
Respuesta del sistema a un cambio de carga a disturbio
en el proceso

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88
93
93
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100
101
101
102
106
107

Bibliografía

119

109

Introducción

Durante la última década México ha realizado esfuerzos tendientes a...