Controladores

Tecnología de Control

Controladores

1.Introducción:

Cuando se analiza un sistema de control realimentado se hace referencia a que el controlador “corrige” o “modifica” la variable manipulada para que la PV sea lo más cercana posible al SP. Ahora bien, la expresión “corrige” es muy amplia y debe definirse con más precisión para ser aplicable en sistemas físicos reales. En realidad laforma en que el controlador actúa sobre el elemento final de control puede ser de distintas maneras. Esto define el tipo de control que se va a realizar. A continuación se explican los más usados en el control tradicional.

2.Controladores Todo-Nada(ON-OFF):

En este caso, el dispositivo corrector final tiene sólo dos posiciones o estados de operación: abierto o cerrado, encendido o apagado,ON – OFF. Si la señal de error es positiva el controlador activa uno de los estados del dispositivo corrector. Si el error es negativo activará el otro estado.























Figura 1

Se puede apreciar una gráfica típica de un control ON-OFF en el que la PV oscila alrededor del SP haciendo que la válvula abra o cierre según sea necesario para corregir.
Elsobrepaso y frecuencia de conmutación depende del sistema todo, pudiendo ser mayor el sobrepaso superior que el inferior o viceversa. También es posible que el tiempo de subida sea distinto al de bajada.
El sobrepaso se produce porque el proceso no puede responder instantáneamente al cambio de posición de la válvula y siempre se produce una demora, que genera las oscilaciones.
Los controladoresque usan un solo nivel de referencia tienen el inconveniente de producir accionamientos demasiados rápidos en el caso que la PV se mueva apenas alrededor del SP:














Figura 2

Este problema es muy común y trae aparejada la disminución de la vida útil del elemento corrector. Para solucionarlo se usan dos niveles de referencia en lugar de uno:Figura 3

Se puede apreciar que el elemento final de control no conmuta tanto como en el caso anterior mejorando su funcionamiento. Para que éste cambie su estado la PV debe superar el nivel superior manteniéndose así hasta que la PV baje del nivel inferior.
A la diferencia de niveles de referencia se le llama HISTËRESIS y debe ser regulable.
Obsérvese que mientras mayor sea lahistéresis menor será la frecuencia de conmutación de la válvula pero también será mayor la amplitud de la oscilación de la PV.
Normalmente la histéresis se expresa como un porcentaje del rango máximo al que se puede ajustar el controlador. Aquí se analiza un ejemplo:

Se tiene un controlador ON-OFF cuyo rango de ajuste es de 200ºC(de 10ºC a 210ºC) con una histéresis del 1%. Si el SP se coloca en50ºC, dentro de qué valores oscilará la temperatura ?.


Si el rango es de 200ºC y la histéresis es de 1% de ese rango entonces valdrá 2ºC

Por lo tantose desplazará 1ºC por encima del SP y 1ºC por debajo


Es decir que la temperatura oscilará entre 49ºC y 51ºC
Características del control ON-OFF:

Ventajas
Desventajas

Sencillo de ajustar
Uso de EFC más baratos
Diseño y armado másbarato


Oscilatorio
No es aplicable a todos los procesos







Control Proporcional:

Cuando se debe realizar un ajuste más fino de la PV o el proceso no tiene las características antes recomendadas se debe usar otro tipo de control de manera que la válvula pueda tomar posiciones intermedias a la apertura o cierre y de esa manera poder accionar corregir de manera fina.
En elcontrol proporcional la posición de abertura de la válvula es PROPORCIONAL al error detectado entre PV y SP.


donde Kp es la ganancia proporcional

En el gráfico se muestra esto:


















El funcionamiento del controlador es el siguiente. El valor del SP se ajusta para que la salida entregada por el controlador lleve a la válvula aun 50% de abertura( abierta...