Técnicas de sintonización de pid

Ingeniería 12 (1,2): 21-36, 2 002 San José, Costa Rica

MÉTODOS DE SINTONIZACIÓN DE CONTROLADORES PID QUE OPERAN COMO REGULADORES
Víctor M. Alfaro Ruíz
Resumen
Se presentan varios de los métodos de sintonización de controladores PID para lazos de control que operan como reguladores. Mediante pruebas de simulación digital se compara el desempeño de los diferentes métodos y se determina labondad de los mismos con base en criterios de comportamiento y robustez. Finalmente, se ofrecen recomendaciones sobre la utilización de los métodos probados. Palabras claves: controladores PID, sintonización, reguladores.

Abstract
Several methods for tuning PID controllers working as regulators are presented. The behavior and goodness of the tuning methods are compared by digital simulation usingseveral performance and robustness criteria. Recommendations for the use of the tested tuning methods are given based on the performance requirements. Keywords: PID controllers, tuning rulers, load changes.

1.

INTRODUCCIÓN

La sintonización de los controladores Proporcional - Integral - Derivativo o simplemente controladores PID, consiste en la determinación del ajuste de sus parámetros(Kc, Ti, Td), para lograr un comportamiento del sistema de control aceptable y robusto de conformidad con algún criterio de desempeño establecido. Para poder realizar la sintonización de los controladores, primero debe identificarse la dinámica del proceso, y a partir de ésta determinar los parámetros del controlador utilizando el método de sintonización seleccionado. Antes de revisar algunas delas técnicas de sintonización disponibles, se establecerán los diferentes tipos de funcionamiento que pueden presentarse en un lazo de control realimentado, en el cual hay dos entradas - el valor deseado r(t) y la perturbación z(t) - y una salida - la señal realimentada y(t) -, como se muestra en la Figura 1. Si se considera las variables en el dominio de la variable compleja s y se define Gc(s) yGp(s) como las funciones de transferencia del controlador

y de la planta respectivamente, a partir del diagrama de bloques del sistema de control de lazo cerrado, se obtiene que la señal realimentada, representación de la variable controlada, está dada por: (1) Se debe considerar, entonces, dos posibles condiciones de operación del sistema de control, en primer lugar: • Servomecanismo (z = 0)(2) Esta condición requiere un buen seguimiento del valor deseado. En segundo lugar: • Regulador (r = 0) (3) en donde lo importante es la insensibilidad a las perturbaciones.

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INGENIERÍA

primer orden más tiempo muerto. Este modelo es la base para la determinación de los parámetros del controlador.

•
Figura 1. Sistema de control realimentado.

Métodos de lazo cerrado

Dado que losnumeradores de las funciones de transferencia de lazo cerrado (2) y (3) son diferentes, no necesariamente un buen ajuste del controlador para operar como servomecanismo, proveerá un buen funcionamiento como regulador, razón por la cual se han desarrollado procedimientos de sintonización para ambos tipos de operación. En la industria de procesos, la mayor parte de los controladores se utilizanpara responder a un cambio en la perturbación, y se requiere de una buena regulación para seguir el cambio en el valor deseado, con excepción de los controladores esclavos en los sistemas de control en cascada. Si el controlador se ha sintonizado para lograr una buena respuesta en un cambio en el valor deseado, no eliminará las perturbaciones en forma efectiva, si el sistema contiene un integrador osi su constante de tiempo es grande. Es importante, entonces, determinar los requisitos de funcionamiento del lazo de control para seleccionar el procedimiento de sintonización adecuado. El desarrollo de los métodos de sintonización ha sido extenso desde que Ziegler y Nichols propusieron su procedimiento en 1942. Normalmente, se dividen en métodos de lazo abierto y métodos de lazo cerrado. •...