Instrumentacion y control

Control en Cascada

 Se utiliza cuando las perturbaciones afectan directamente a la variable manipulada (en la mayoría de los casos será un caudal de materia o flujo de energía)
 Este tipo de perturbaciones se denominan perturbaciones a la entrada
 Utiliza la medida de variables internas (auxiliares) para detectar rápidamente el efecto de las perturbaciones e iniciar antes la accióncorrectora
 Se realiza mediante bucles de realimentación anidados

Esquema de Control en Cascada

Una primera extensión del esquema de retroalimentación sencillo consiste en añadir un nuevo lazo de retroalimentación contenido dentro del lazo original que regule el comportamiento de alguna variable intermedia en el proceso. El principal propósito de este nuevo esquema es eliminar los efectos deperturbaciones menores haciendo la respuesta de regulación del sistema más estable y más rápida.



Constituido por el horno en el cual se quema gas, para calentar una cierta corriente y elevar su temperatura desde Te hasta TS . Supongamos que disminuye de pronto la presión de alimentación del gas combustible. La caída de presión a través de la válvula será menor de manera que disminuirá elflujo de gas.

Con el controlador de temperatura por retroalimentación simple, no se hará ninguna corrección hasta que después de la disminución de las llamas y la consecuente pérdida de transferencia de calor en el horno , la temperatura final a la salida se vea finalmente disminuida. De esta forma, toda la operación del horno se ve alterada por la perturbación.


El diagrama de bloquescorrespondiente a esta última situación se muestra en la figura 3. Así, el control en “cascada” tiene dos controladores por retroalimentación

El controlador de lazo principal, que regula la variable controlada en el proceso, es llamado controlador primario o maestro, y su señal fija la referencia al otro controlador. Este último, llamado controlador secundario o esclavo, determina el ajuste de lavariable intermedia a través del lazo interno, y actúa directamente sobre la válvula de control.

En la figura 4 se muestra el diagrama de otro sistema en el que comúnmente se usa el esquema de control en cascada. Se trata de un reactor con camisa de enfriamiento en el cual se quiere controlar la temperatura de reacción.

El sistema de control de temperatura en el reactor está aislado de lasperturbaciones en la temperatura o la presión de suministro del agua de enfriamiento, debido al sistema en cascada. El controlador secundario reajusta el flujo de agua a través de la válvula de control. Este ajuste depende del valor de la temperatura en la camisa respecto del que debería tener, (referencia fijada por el controlador primario) para asegurar una corrección óptima en la temperaturadel reactor.

Se han designado con letras las funciones de transferencia correspondientes a cada bloque, y las variables involucradas. Es fácil demostrar, usando álgebra de bloques (o flujogramas) que las funciones de transferencia globales respecto de la perturbación L2 son:

Para el sistema por retroalimentación simple, y

Para el sistema de control en cascada.
El cambio en eldenominador en las funciones de transferencia indica una variación en la configuración (polos) del sistema global, que se traducirá en cambios en la respuesta transitoria (rapidez de respuesta y estabilidad).

Esta situación se puede precisar analíticamente conociendo las funciones de transferencia involucradas en el caso particular, y aplicando las técnicas de análisis de respuesta transitoria, odirectamente de transformada inversa de Laplace para encontrar la respuesta del sistema C1(t).

El análisis del comportamiento del sistema con el control en cascada indicará siempre una mejora muy apreciable de la respuesta ante perturbaciones que, como L2, se producen aún en el lazo interno. La disminución drástica de los sobre-impulsos y del número de oscilaciones y el acortamiento del tiempo...