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Ingeniería 12 (1,2): 21-36, 2 002 San José, Costa Rica

MÉTODOS DE SINTONIZACIÓN DE
CONTROLADORES PID QUE OPERAN
COMO REGULADORES
Víctor M. Alfaro Ruíz
Resumen
Se presentan varios de los métodos de sintonización de controladores PID para lazos de control que operan como
reguladores. Mediante pruebas de simulación digital se compara el desempeño de los diferentes métodos y se determina
labondad de los mismos con base en criterios de comportamiento y robustez. Finalmente, se ofrecen recomendaciones
sobre la utilización de los métodos probados.
Palabras claves: controladores PID, sintonización, reguladores.

Abstract
Several methods for tuning PID controllers working as regulators are presented. The behavior and goodness of the
tuning methods are compared by digitalsimulation using several performance and robustness criteria.
Recommendations for the use of the tested tuning methods are given based on the performance requirements.
Keywords: PID controllers, tuning rulers, load changes.

1.

INTRODUCCIÓN

La sintonización de los controladores Proporcional - Integral - Derivativo o simplemente
controladores PID, consiste en la determinación del ajuste de susparámetros (Kc, Ti, Td),
para lograr un comportamiento del sistema de
control aceptable y robusto de conformidad con
algún criterio de desempeño establecido.
Para poder realizar la sintonización de los controladores, primero debe identificarse la dinámica del proceso, y a partir de ésta determinar
los parámetros del controlador utilizando el
método de sintonización seleccionado.
Antes derevisar algunas de las técnicas de sintonización disponibles, se establecerán los diferentes tipos de funcionamiento que pueden presentarse en un lazo de control realimentado, en el
cual hay dos entradas - el valor deseado r(t) y la
perturbación z(t) - y una salida - la señal realimentada y(t) -, como se muestra en la Figura 1.
Si se considera las variables en el dominio de la
variable compleja sy se define Gc(s) y Gp(s) como las funciones de transferencia del controlador

y de la planta respectivamente, a partir del diagrama de bloques del sistema de control de lazo cerrado, se obtiene que la señal realimentada, representación de la variable controlada,
está dada por:
(1)
Se debe considerar, entonces, dos posibles
condiciones de operación del sistema de control, en primer lugar:
•Servomecanismo (z = 0)
(2)
Esta condición requiere un buen seguimiento del
valor deseado. En segundo lugar:
• Regulador (r = 0)
(3)
en donde lo importante es la insensibilidad a las
perturbaciones.

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INGENIERÍA

primer orden más tiempo muerto. Este modelo
es la base para la determinación de los parámetros del controlador.

•
Figura 1. Sistema de control realimentado.

Dadoque los numeradores de las funciones de
transferencia de lazo cerrado (2) y (3) son diferentes, no necesariamente un buen ajuste del
controlador para operar como servomecanismo,
proveerá un buen funcionamiento como regulador, razón por la cual se han desarrollado procedimientos de sintonización para ambos tipos
de operación.
En la industria de procesos, la mayor parte de los
controladores seutilizan para responder a un
cambio en la perturbación, y se requiere de una
buena regulación para seguir el cambio en el valor deseado, con excepción de los controladores
esclavos en los sistemas de control en cascada.
Si el controlador se ha sintonizado para lograr
una buena respuesta en un cambio en el valor deseado, no eliminará las perturbaciones en forma
efectiva, si el sistemacontiene un integrador o si
su constante de tiempo es grande.
Es importante, entonces, determinar los requisitos de funcionamiento del lazo de control para
seleccionar el procedimiento de sintonización
adecuado.
El desarrollo de los métodos de sintonización ha
sido extenso desde que Ziegler y Nichols propusieron su procedimiento en 1942. Normalmente,
se dividen en métodos de lazo abierto y...