INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITCNICO

SANTIAGO MARIO

EXTENSIN PORLAMAR

ESCUELA DE INGENIERA ELECTRNICA

CONTROL CASCADA CONTROL RELACIN

Porlamar, junio de 2015

Autor: Br. Juan Hernndez C.I: 18.113.294

Control en Cascada

El control en cascada consta de dos lazos de realimentacin, uno de los cuales es

interno al otro. Su objetivo es el de mejorar el desempeo de un lazo de control

realimentado que no funciona satisfactoriamente, aunque su controlador est bien

sintonizado, debido a la lentitud de respuesta de su variable controlada, que entra en

diferentes puntos del lazo y cuyo efecto sobre la variable controlada no se puede

detectar rpidamente, desmejorando la controlabilidad..

Una de las principales aplicaciones del control en cascada es en procesos donde la

variable manipulada es un fluido de servicio (como el agua o el vapor) sometido a

perturbaciones. En el control en cascada la salida del lazo externo o principal, llamado

el control maestro, fija el punto de referencia del lazo interno o secundario, denominado

el controlador esclavo.

Figura 1. Control realimentado de un horno de combustible

Los diagramas de bloques correspondientes al reactor con un control por

retroalimentacin simple, y con un sistema de control en cascada se muestran en la

Fig.2

Figura 2a. Diagrama de bloques del sistema de control en realimentacin simple

del reactor.

Figura 2b. Diagrama de bloques del sistema de control en cascada del reactor.

Consideraciones Principales para la Implementacin de Control en Cascada.

Una cuestin importante en la implementacin de control en cascada es cmo

encontrar la variable secundaria controlada ms ventajosa, es decir, determinar cmo

el proceso puede ser mejor dividido.

La seleccin de la variable controlada secundaria es tan importante en un sistema de

control en cascada que es muy til formalizar algunas reglas que ayuden a la seleccin.

Regla 1. Disear el lazo secundario de manera que contenga las perturbaciones

ms serias. Estas perturbaciones, las cuales entran en el lazo secundario son las

nicas para las cuales el sistema de cascada mostrar mejora sobre el control

de retroalimentacin convencional.

Regla 2. Hacer el lazo secundario tan rpido como sea posible incluyendo

solamente los menores retrasos del sistema completo de control. Es deseable,

pero no esencial, que el lazo interno sea al menos tres veces ms rpido que el

lazo externo.

Regla 3. Seleccionar una variable secundaria cuyos valores estn definidamente

y fcilmente relacionados a los valores de la variable primaria. Durante una

operacin no perturbada la relacin entre la variable primaria y la variable

secundaria debe estar representada por una sola lnea y si esta es una lnea recta,

la sintonizacin de los controles es mucho ms simple.

Regla 4. Incluir en el lazo secundario tantas perturbaciones como sea posible,

mantenindolo al mismo tiempo, relativamente rpido.

Regla 5. Escoger una variable secundaria de control que permita al controlador

secundario operar a la ganancia ms alta posible (la ms baja banda

proporcional). Esto es difcil de predecir.

Esquemas de control de relacin

El esquema de control de relacin se usa frecuentemente, sobre todo en la industria

de procesos qumicos; para regular la relacin entre los flujos de dos corrientes

manipulando una sola de ellas. Consiste en medir la rata de flujo de la corriente no

controlada y producir cambios en el flujo de la corriente manipulada (a travs de la

vlvula de control), para mantener una relacin constante entre los dos flujos.

El control de relacin se obtiene a travs de dos arreglos o configuraciones bsicas,

segn se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Esquemas de control de relacin

En el esquema (a) se toman mediciones de los dos flujos, y se calcula su relacin

actual mediante un instrumento especial llamado rel de relacin o divisor. Esta seal

se alimenta a un controlador convencional que est calibrado respecto a la relacin de

referencia que se quiere mantener entre los dos flujos y que acta en consecuencia

sobre la corriente manipulada.

Esta estructura de control de relacin es ventajosa cuando se requiere conocer

constantemente la relacin actual entre los flujos de las corrientes en cuestin.

El esquema (b) consiste fundamentalmente de un sistema de control por

retroalimentacin simple sobre el flujo de la corriente manipulada, donde el valor de

referencia para este flujo no es constante sino que depende de la relacin de referencia

y del valor del otro flujo. Para calcularlo, la seal proveniente del medidor de flujo de

la corriente no controlada es multiplicada por la relacin de referencia. La salida del

multiplicador es la referencia para el flujo de la corriente manipulada que asegura la

relacin requerida.

Ejemplo de Controlador de Relacin

Considerando algunos ejemplos especficos, es posible obtener una mejor

comprensin del control de relacin.

Control de la relacin estequiometria en las cantidades de dos reactantes que se

alimentan a un reactor.(ver figura 4)

Figura 4. Control de la relacin estequiometria de reactantes

En muchas ocasiones es necesario lograr que uno o ms productos se mezclen en

una proporcin determinada. Para esto debe asegurarse que los caudales en los que son

agregados mantengan una relacin entre s, y de all el nombre que recibe este tipo de

control.

Figura 5. Control de relacin de dos componentes X e Y en una proporcin R.

Para implementarlo, se mide el caudal de un cierto componente Y, que se supone

proviene de una seccin anterior de la planta y que no pude ser previsto ni controlado;

se mide asimismo el caudal de otro componente X, el cual se resta de Y modificado por

una constante R que expresa la relacin entre ambos. De all se genera una seal error

e, la cual es introducida en el controlador. Obsrvese que el mismo no tiene entrada de

Referencia, debido a que la misma es siempre nula, ya que su objetivo es simplemente

mantener el error e = 0. La salida del controlador es aplicada a la vlvula que regula el

aditivo X. Se logra as un ingreso proporcional de ambos caudales al tanque agitador.

Control selectivo

Ciertos sistemas de control establecen un control sobre una variable principal hasta

que otra se vuelve demasiado importante y el controlador pasa a dedicarle la atencin.

Tal es el caso del sistema de control propuesto en la Figura 6, para la presin en un

circuito de agua. El objetivo principal est, entonces, focalizado en el control de la

presin que es medida por un indicador - trasmisor PIT y es controlada por un

controlador con capacidad de indicacin PIC.

Al mismo tiempo, interesa proteger al motor de una sobrecarga, por lo cual se define

un segundo lazo de control comandado por el controlador de corriente IIC. Cuando la

corriente del motor supera una cierta cota mxima, el selector SEL conmuta el control

del circuito a este segundo controlador, priorizando la proteccin del motor; cuando la

sobrecarga desaparece, devuelve el control de la situacin al controlador principal de

presin.

Figura 6. Control selectivo de presin y corriente de motor.