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PRACTICA, CONTROL DE TEMPERATURA Y SINTONIZACIÓN DE PID

El sistema que proponemos consiste en un controlador PID analógico, basado en amplificadores operacionales
de propósito general. El controlador está implementado de tal manera que fácilmente se dist inguen cada una de
las partes del controlador: sumador, acción proporcional, acción integral y acción derivativa. El sistema tambiéncuenta con una etapa de potencia, que utiliza el método de “paquetes de onda” para regular la potencia
entregada a una parrilla eléctrica.
En la parrilla se coloca una tasa con agua, y la temperatura se mide mediante un sensor de temperatura
integrado (LM35) o un termistor. Considerando que se cuenta con una fuente de alimentación y un multímetro, el
resto de los componentes tiene un precioinferior a los $100 pesos.
Esto representa una excelente inversión si se considera los beneficios obtenidos desde el punto de vista
didáctico.
2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

En la figura 1, se muestra un diagrama simplificado del sistema de control de temperatura. El sistema está
constituido por un controlador PID analógico, una etapa de potencia, una parrilla eléctrica y un sensor de
temperatura.Figura 1. Sistema de control de temperatura.

2.1 Controlador PID
El controlador utilizado es un controlador PID paralelo, el cual está constituido por una etapa de acción de control
proporcional, una etapa derivativa y una etapa integral, de acuerdo con el diagrama de la figura 2.
El controlador tiene entonces una función de transferencia dada por

Practica PID

B. Benito SALMERONQUIROZ

Instituto Politécnico Nacional
E sc u e l a S u p er io r d e I n g e n i e r ía M e cá n ic a y E l é ct r i c a
U n i d a d A z c a pot z al co
Azcapotzalco

Donde:
Kp es la constante de acción proporcional.
Ti es la constante de tiempo de la acción integral,
Td es la constante de tiempo de la acción derivativa,
E(s) es la señal de error
U(s) es la señal de control.

Figura 2.Controlador PID paralelo.
En la figura 3, se muestra un diagrama simplificado de la implementación electrónica utilizada, la cual consta de
cuatro etapas. Por facilidad de implementación, se utilizaron circuitos integradores y derivadores inversores, así
como un sumador inversor y un circuito de control de ganancia (acción proporcional, Kp ) inversor. Esto genera
tres etapas inversoras, y paracompensar el signo, se añadió un amplificador diferencial que calcula el error, pero
con signo negativo. De esta manera, el circuito da la apariencia de tener retroalimentación negativa, pero en
realidad no es así.

Figura 3. Esquema simplificado del controlador PID electrónico.

Practica PID

B. Benito SALMERON QUIROZ

Instituto Politécnico Nacional
E sc u e l a S u p er io r d e I ng e n i e r ía M e cá n ic a y E l é ct r i c a
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Figura 4. Diagrama esquemático del controlador PID

Practica PID

B. Benito SALMERON QUIROZ

Instituto Politécnico Nacional
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U n i d a d A z c a pot z al co
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En la figura 4, se muestra eldiagrama esquemático del controlador PID propuesto. Si aproximamos el
funcionamiento del integrador y del derivador considerando que
1y
1, tenemos que la
función de transferencia del controlador está dada por

U(s)= ¿??????
Kp=??????????
Ti=??????????
Td=??????????
En este caso, las constantes Kp, Ti y Td se ajustan mediante la resistencias R27, R26 y R25 respectivamente. La
implementaciónpresentada no resulta óptima en cuanto al número de amplificadores operacionales utilizados;
sin embargo, tiene la ventaja de separa claramente cada una de las funciones del controlador, por lo cual es más
fácil de entender su funcionamiento y más fácil de corregir cualquier desperfecto. Por ejemplo, si se desconecta
la retroalimentación y se aplica como señal de referencia una señal cuadrada...