control en cascada

Control en Cascada
Antonio Flores T./ Universidad Iberoamericana-Santa Fe
April 16, 2009

1

Introducci´n
o

Existen algunas ocasiones en que el desempe˜o de un esquema de control feedback
n
puede mejorarse notablemente mediante el empleo de un esquema de control denominado “en cascada”. La idea b´sica detr´s del empleo de controladores en cascada la
a
a
podemos explicar mejorempleando el siguiente ejemplo.
En algunas ocasiones se acostumbra controlar la composici´n de los productos prino
cipales de una columna de destilaci´n ejerciendo control sobre la temperatura de opo
eraci´n de alg´n plato seleccionado para este prop´sito; este esquema de control puede
o
u
o
resultar conveniente sobre todo cuando no se dispone de analizadores de composici´n
o
en l´
ınea obien se dispone de estos medidores pero el retardo asociado al proceso de
medici´n resulta demasiado grande de tal forma que crea problemas de estabilidad
o
y mal desempe˜o del esquema de control. En la Figura 1 se muestra el esquema de
n
control indirecto de composici´n de los fondos de una columna de destilaci´n cono
o
trolando la temperatura de alg´n plato mediante la manipulaci´n del flujode vapor de
u
o
calentamiento alimentado al rehervidor.
AT

Tm
set-point

Gc

vapor

Figura 1: Control de la temperatura de un plato de una columna de destilaci´n mao
nipulando el flujo de vapor.

El anterior esquema de control feedback deber´ proporcionar control aceptable de la
ıa
temperatura del plato seleccionado (suponiendo que el controlador est´ sintonizado de
e
maneraadecuada). Esta situaci´n es, normalmente, correcta excepto cuando ocurren
o
variaciones importantes en la presi´n de suministro del vapor de calentamiento. Para
o
entender este comentario se debe recordar que la presi´n a la que se suministra el vapor
o
determina el flujo de vapor que pasa a trav´s de la v´lvula de control. El conflicto que
e
a
surge es que el controlador Gc fija el flujo devapor que se debe usar para mantener a

la temperatura medida Tm en el valor deseado. Sin embargo, como se explic´ antes,
o
debido a variaciones en la presi´n de suministro de vapor, la cantidad de vapor que
o
pasa a trav´s de la v´lvula pueder ser diferente del flujo de vapor demandado por
e
a
el controlador. Como resultado el flujo de vapor no ser´ el deseado por lo que el
a
controladors´lo se percatar´ de esta situaci´n (flujo de vapor no igual al deseado)
o
a
o
hasta que la temperatura del plato no sea igual al set-point. N´tese claramente que
o
este problema surge debido a que la variable manipulada (flujo de vapor) est´ sujeta
a
a una perturbaci´n (variaci´n de la presi´n de vapor). Este problema de control se
o
o
o
podr´ resolver si se emplea la estructura decontrol mostrada en la Figura 2.
ıa
Tm

AT

set-point

controlador Maestro

Gc T

set-point

Gc F

controlador Esclavo

vapor

Figura 2: Control en cascada de la temperatura de un plato de una columna de destilaci´n manipulando el flujo de vapor.
o

Observese que hemos introducido un controlador adicional GCF . El prop´sito de
o
este controlador adicional consiste en ejerceracci´n de control de manera practicamente
o
inmediata cuando el flujo de vapor solicitado por el controlador GCT no sea igual al que
pasa a trav´s de la v´lvula de control (medido un poco antes de que ingrese a la v´lvula).
e
a
a
Es importante notar las siguientes diferencias entre las estructuras de control de tipo
feedback convencional y cascada mostradas en las Figuras 1 y 2,respectivamente.
• El esquema de control feedback s´lo emplea un controlador, mientras que en el
o
esquema de control en cascada se emplean dos controladores. El controlador
externo se llama controlador “maestro” (o primario), el controlador interno se
llama controlador “esclavo” (o secundario).
• En el esquema de control feedback el controlador fija el flujo de vapor deseado
para alcanzar el set-point...