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ENTORNO MATLAB PARA DISEÑO DE CONTROLADORES PID
Francisco Vázquez Serrano Universidad de Córdoba, fvazquez@uco.es Fernando Morilla García UNED, fmorilla@dia.uned.es Enrique Sanmiguel Rojas Universidad de Córdoba, in1saroe@uco.es

Resumen Este trabajo describe una herramienta de diseño de controladores PID para sistemas representados mediante funciones de transferencia. La sintonía de losparámetros de los controladores se realiza en el dominio de la frecuencia, mediante un conjunto de funciones realizadas en el entorno MATLABSIMULINK y agrupadas en un interfaz gráfico de usuario (GUI). Como indicativos de la estabilidad se utilizan los márgenes de fase y ganancia. Se muestran algunos diseños obtenidos tanto en plantas experimentales como en modelos más académicos.

puede verse en [4].En este trabajo se utiliza una de las metodologías para la sintonía de PID no interactivos propuestas en [5], trabajo presentado en la citada reunión. Consiste en un método de diseño muy general que incluye como casos particulares a los conocidos métodos de Astrom [3] o de ZieglerNichols [6] y que describe cómo se consigue modificar la característica en frecuencia de un proceso incluyendo uncontrolador de este tipo en la trayectoria directa. Esta modificación se representa mediante el diagrama de Nyquist, y los indicadores de estabilidad utilizados son los márgenes de fase y ganancia que se convierten en las especificaciones de diseño.

Palabras Clave: Sintonía de controladores, controladores PID, entorno gráficos de usuario.

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DESCRIPCIÓN DEL ENTORNO

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INTRODUCCIÓN

Losentornos de Diseño de Sistemas de Control Asistido por Ordenador (CACSD) están experimentando notables cambios durante los últimos años. Estos avances afectan a las distintas fases de diseño de los sistemas de control como pueden ser el modelado, la identificación y la validación de estos modelos, así como a la posterior fase de diseño del controlador propiamente dicho. Este trabajo describe unaherramienta cuyo principal objetivo consiste en la integración en un único entorno de un conjunto de funciones que permiten la sintonía de controladores PID para sistemas SISO. Es decir, cubren la última fase de las comentadas anteriormente, y supone que el modelo del sistema ya ha sido obtenido por algún método. Existen numerosas y bien conocidas razones para utilizar este tipo de controladores(los PID), como pueden ser su implantación industrial, robustez, facilidad de empleo, etc. [2]. Aunque existen métodos contrastados para su sintonía, como pueden ser los clásicos como en [6], la búsqueda de alternativas para la elección de los parámetros de los PID sigue siendo un tema abierto, como se pudo apreciar en el número de trabajos del pasado congreso de IFAC en España, el PID’00 y comoEl entorno se ha realizado utilizando el GUI de MATLAB, utilizando los principios de simplicidad, consistencia y familiaridad, ya que un entorno simple da una visión de un trabajo limpio, con una idea clara y sensación de unidad. La ventana principal, figura 1, consta de tres gráficas donde se representan las respuestas temporales del sistema en lazo abierto o en lazo cerrado y donde se muestra laevolución de la salida, de la señal de control y de la señal de error.

Figura 1: Ventana principal del entorno En la derecha existen dos botones para mostrar la simulación en lazo abierto o cerrado. Debajo de éstos se muestran los parámetros del controlador utilizado,

un PID no interactivo, descrito mediante la siguiente función de transferencia:

  1 C(s) = K p 1 +  T s + Td s   i 
En la parte superior existe un menú con diferentes posibilidades. La primera de ellas, Archivo, permite grabar los modelos y diseños existentes en la herramienta o cargar otros previamente grabados. El menú de Configuración permite definir el tipo de modelo y las condiciones de simulación de la respuesta temporal. La ventana de captura de modelos se muestra en la figura 2. Para dar la...