Controladores

4 CONTROLADORES NO CONVENCIONALES
Hasta el momento se ha descrito la estructura de control convencional donde tenemos un solo lazo con un par de variables y un controlador que permanentemente está conectado. Esta estructura es suficiente para regular la mayoría de los procesos, sin embargo en presencia de perturbaciones más severas, múltiples objetivos de control, y cambios en los parámetrosde la planta, es necesario utilizar otras estructuras que las describiremos a continuación.

4.1 Control en cascada
El control en cascada se utiliza principalmente para:
Eliminar el efecto de perturbaciones en la variable manipulada
Mejorar las características dinámicas de lazos de control en procesos que son secuenciados o compuestos por sub-procesos
En ambos casos es necesariotener acceso a por lo menos dos variables controladas

Analizaremos la filosofía del esquema en cascada de acuerdo al ejemplo de la Figura 4.1 que ilustra el calentamiento de un fluido en un tanque agitado contínuo (RTAC). En este proceso la variable manipulada es la apertura de la válvula de vapor por lo que cualquier caída en la presión de suministro provocará una alteración en el flujode vapor y por ende una desestabilización en la temperatura de salida.
Si tenemos un lazo convencional, el controlador (PID) se encarga de eliminar esta perturbación en un cierto tiempo. Sin embargo el tiempo fuera de especificación o el excesivo sobresalto puede que no sean permitidos en el proceso.






Figura 4.1 RTAC bajo control convencional
El esquema en cascada puedecorregir este comportamiento dado que permite que la perturbación se conozca y se corrija antes de entrar al proceso principal, según se muestra en la Figura 4.2. La respuesta de esta configuración se muestra en la Figura 4.3.


Figura 4.2 RTAC con esquema de control en cascada
En el control en cascada podemos distinguir los siguientes elementos:
Dos controladores ( Flujo y Temperatura)
Dosprocesos ( Válvula-Flujo Vapor; Flujo Vapor- Temperatura)
El set-point de un controlador (Esclavo) esta determinado por la salida del otro controlador ( Maestro)


Figura 4.3 Respuesta del sistema bajo control en cascada y convencional

Los mejores resultados de la disposición en cascada están a la vista en la figura y son frecuentemente incorporados en lazos donde la variablemanipulada está asociada directamente al flujo.
En una disposición en cascada podemos distinguir un controlador maestro K1 (el que recibe el set-point externo y se encarga del control principal o lazo externo) y un controlador Esclavo K2 ( que se encarga del lazo interno y su set-point es impuesto por el controlador maestro).

Un diagrama de bloque de un sistema en cascada es el siguiente:Figura 4.4 Diagrama de bloque de un sistema de controlen cascada

Aspectos prácticos :
Para que la disposición tenga efecto es indispensable que el lazo interno sea mas rápido que el lazo externo
El controlador esclavo es habitualmente Proporcional mientras que el maestro es PI o PID
Para la sintonía se procede en secuencia, primero con el esclavo y después con el maestro (con elesclavo en lazo cerrado). Los métodos son los mismos que para los lazos convencionales.

4.2 Control Pre-Alimentado
El control Pre-alimentado o Feed Forward (FF) es un esquema que utiliza el concepto de control no-supervisado, es decir " Si conozco bien como trabaja, no necesito medir lo que resulta".
Bajo este concepto, si se conoce bien el modelo del proceso y todas las entradas entoncesse puede determinar sus salidas, o determinar cual debe ser el valor de una entrada para obtener una salida deseada.
El Esquema FF es la base conceptual de la familia de controladores basadas en modelos MBC de (Model Based Control)
La siguiente figura esquematiza el concepto del controlador pre-alimentado


Figura 4.5 Esquema de control pre-alimentado

Gff representa una relación...