Control PID

1. CONTROLADORES O REGULADORES PID
Las características de un buen control son difíciles de definir de forma genérica y son muy dependientes del tipo de planta sobre la que se trabaja. No obstante, se puede afirmar que en un sistema de control realimentado se deben verificar las siguientes condiciones:
El sistema regulado debe ser estable.
El sistema de regulación debe ser lo suficientementerápido.
El sistema debe estar adecuadamente amortiguado.
El sistema debe de tener una determinada precisión en régimen estacionario.
El sistema debe atenuar los efectos de ruidos, perturbaciones y cambios de carga mientras se mantiene la planta a consigna constante.
Para conseguir estos objetivos, el controlador PID es el más utilizado en regulación de procesos industriales. Se estima que, en laactualidad, alrededor de un 90% de los lazos de control en la industria utilizan alguna forma o variante de este regulador PID.
Es suficiente en muchos problemas de control: elimina el error estacionario con la acción integral y puede mejorar el transitorio con la acción derivativa.
Tipos de estructura
En los reguladores PID comerciales, existen varias alternativas a la hora de implementaracciones que lo configuran.
1. Controlador PID paralelo.



2. Controlador PID estándar (ISA).


3. Controlador PID en serie.



Sintonía o ajuste de parámetros en los reguladores PID
El control PID elabora simultáneamente una acción de control proporcional, integral y derivativo sobre la señal de error.

Dónde:
= constante proporcional
= constante de tiempo integral
= constantede tiempo derivativa
Y son parámetros ajustables que establecen el peso de cada acción de control.
La función de transferencia del control PID es:


Efecto de las acciones de control en los reguladores PID

2. Sintonía de reguladores PID con el método de prueba y error
Elegido el tipo de controlador (P, PD, PI o PID), a continuación se debe efectuar el ajuste de los parámetros (sintonía)para que la respuesta en lazo cerrado tenga unas características determinadas. Se estima que un 30% de los lazos de control industriales oscilan debido a un pobre ajuste de los parámetros del controlador.
Existen varios métodos de diseño o ajuste de los controladores PID: analíticos, por medio de prueba y error, y empíricos. Los métodos empíricos no necesitan un modelo de la planta y de ahí suimportancia en el entorno industrial.
Método de prueba y error
Se proporcionarán a continuación unas reglas simples de sintonía por prueba y error:
Obtener una respuesta del proceso en lazo abierto y determinar qué es necesario en su comportamiento, en términos de especificaciones de control.
Probar un control proporcional (P) y verificar si se cumplen las especificaciones elevandoprogresivamente la ganancia proporcional . Si no se verifican, ajustar la ganancia para mejorar el tiempo de respuesta del sistema.
Añadir un control integral (I) para eliminar el error en régimen permanente. Es posible que empeore el transitorio. Si el proceso en lazo abierto no presenta error en régimen permanente, no es necesario añadir acción integral.
Añadir un control derivativo (D) para mejorar eltransitorio, reduciendo el sobreimpulso y el tiempo de estabilización.
Ejemplo 1.
Ajustar empíricamente por el método de prueba y error el regulador PID para controlar la planta se segundo orden de la Figura.

Se empleará un controlador PID estándar (ISA), de función de transferencia:

Por tanteo se ha propuesto una solución aceptable para los valores de los parámetros del PID:
, y

3.Sintonía de reguladores PID con métodos de Ziegler-Nichols
En las primeras aplicaciones del control PID, el ajuste se basaba únicamente en la propia experiencia del operador de planta. En procesos lentos, cada prueba de sintonía puede emplear horas o incluso días, por lo que la realización de varios ensayos podría conllevar un tiempo excesivo. Además, un ajuste óptimo de los parámetros permitirá...