REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

SANTIAGO MARIÑOEXTENSIÓN MATURÍN

CONTROLADORES

LEÓN SONIALÓPEZ YIMAGQUINTERO JHOANMEDINA JORGEVELIZ LUIS

MATURÍN, ENERO DEL 2015

CONTROLADOR

Dispositivo o manejador de dispositivo asociado a los elementos de la trayectoria directa entre la señal actuante (error) e y la variable de control u.

ESQUEMA DE UN SISTEMA DE CONTROL

COMPENSACIÓN EN ADELANTO

Función: volver a dar forma a la curva de respuesta en frecuencia con el fin de ofrecer un ángulo de adelanto de fase suficiente para compensar el atraso de fase excesivo asociado con los componentes del sistema fijo.

COMPENSACIÓN EN ATRASO

Reducir la ganancia del sistema compensado para frecuencias iguales o superiores a las frecuencias características del sistema, con lo que supuestamente debería trasladar la frecuencia de cruce de ganancia hacia valores menores.

TIPOS DE CONTROLADORES

• Controles o computadores analógicos: Las variables están representadas por ecuaciones con cantidades físicas continuas. La señal analógica está ligada al uso de amplificadores operacionales.

• Controladores o computadores digitales: Utilizan variables discontinuas codificadas. Resuelven problemas referidos al funcionamiento óptimo global de una planta industrial e influye en la toma de decisiones.

• Controladores o computadores analógico-digitales: Controladores híbridos, su funcionamiento es el más sofisticado, ya que es probable que tengan que

procesar diversas señales de ambos tipos.

ACCIONES DE CONTROL EN RESPUESTA DEL SISTEMA

1. Control de dos posiciones, de encendido o apagado (On/Off)El elemento de actuación tiene solo dos posiciones fijas que, en muchos casos, son modo encendido y apagado.

2. Controlador Proporcional Consiste en el producto entre la señal de error y la

constante proporcional. Pretende hacer que el error en estado estacionario sea casi nulo.

3. Controlador IntegralActúa cuando hay una desviación entre la variable y el punto de consigna, integrando esta desviación en el tiempo y sumándola a la acción proporcional.

4. Control DerivativoLa función de la acción derivativa es mantener el error al mínimo corrigiéndolo proporcionalmente con la misma velocidad que se produce; de esta manera evita que el error se incremente. Se deriva con respecto al tiempo y se multiplica por una constante D.

5. Control Proporcional – IntegralEl tiempo integral da idea del tiempo que tarda la

respuesta temporal en alcanzar el permanente.Para mejorar la velocidad de respuesta se suman los tipos de control proporcional e integral.

6. Control Proporcional – DerivativoLa utilidad de este tipo de controlador radica en aumentar la velocidad de respuesta de un sistema de control, ya que, aunque la velocidad de respuesta teórica de un controlador proporcional es instantánea, en la práctica no es así.

=

7. Control Proporcional – Integral – DerivativoEs un mecanismo de control por realimentación que calcula la desviación o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una acción correctora que ajuste el proceso.

EJEMPLOS PRÁCTICOS DE ACCIONES DE CONTROL EN RESPUESTA DEL SISTEMA

1. Control de encendido-apagado

 

El termostato de un aire acondicionado que se fija a una temperatura determinada. Cuando la temperatura del ambiente baja al set point del termostato, el compresor del aire acondicionado se apaga, caso contrario, si la temperatura del ambiente es más alta que el set point, entonces el compresor enciende hasta llevar la temperatura ambiente a la deseada.

2. Control proporcional

Se tiene el circuito de control de nivel que se muestra en la figura. Supóngase que las condiciones de operación de diseño son:

qi=qo=150gpmh= 6 pies

Supóngase también que, para que pasen 150 gpm por la válvula de salida la presión de aire sobre ésta debe ser de 9 psig. Si el flujo de entrada se incrementa, la respuesta del sistema con un controlador proporcional es como se ve en la figura.

El controlador lleva de nuevo a la variable a un valor estacionario pero este valor no es el punto de control requerido; la diferencia entre el punto de control y el valor de estado estacionario de la variable que se controla es la desviación.

En la figura anterior se muestran dos curvas de respuesta que corresponden a dos diferentes valores del parámetro de ajuste Kc. Se aprecia que cuanto mayor es el valor de Kc, menor es la desviación, pero la respuesta del proceso se hace más oscilatoria; sin embargo, para la mayoría de los procesos existe un valor máximo de Kc, más allá del cual el proceso se hace inestable. La parte proporcional no considera el tiempo, por lo tanto, la mejor manera de solucionar el error permanente y hacer que el sistema contenga algún componente que tenga en cuenta la variación respecto al tiempo, es incluyendo y configurando las acciones integral y derivativa.

3. Control proporcional – integral

Control del nivel de un depósito con un regulador integral.

Ahora la válvula de regulación V, está gobernada con un motor de c.c. (M) que gira según la tensión aplicada, en función de la posición de un contacto deslizante que hace variar la tensión aplicada al motor de c.c., lo que determina apertura o cierre de la válvula V según la variación del flotador y durante el tiempo que exista la variación.

Si descendiera el nivel debido a un incremento de consumo, el contacto que se desliza sobre el reóstato R, aumentando la tensión que alimenta al motor lo que provoca una apertura de la válvula, que continuará mientras el nivel no alcance el nivel prefijado y la tensión de alimentación del motor vuelva a anularse.

4. Control Proporcional – Derivativo Durante la conducción de un automóvil, cuando los ojos (sensores/transductores) detectan la aparición de un obstáculo imprevisto en la carretera, o algún vehículo que invade parcialmente la calzada, de forma intuitiva, el cerebro (controlador) envía una respuesta instantánea a las piernas y brazos (actuadores), al objeto de corregir la velocidad y dirección del vehículo y así evitar el choque. Al ser muy pequeño el tiempo de actuación, el cerebro tiene que actuar muy rápidamente (control derivativo), por lo que la precisión de la maniobra es muy escasa, lo que provocará que bruscos movimientos oscilatorios, (inestabilidad en el sistema) pudiendo ser causa un accidente de tráfico.

En este ejemplo, el tiempo de respuesta y la experiencia en la conducción (ajuste del controlador derivativo) provocan que el control derivativo producido por el cerebro del conductor sea o no efectivo.

Su símbolo es:

5. Control Proporcional – Integral – Derivativo

Un sistema de control PID, sería la conducción de un automóvil. Cuando el cerebro (controlador) da una orden de cambio de dirección o velocidad a las manos y/o los pies (actuadores), si la maniobra corresponde con una situación normal de conducción, el control predominante del sistema es el proporcional, que modificará la dirección hasta la deseada con más o menos precisión. Una vez que la dirección esté próxima al valor deseado, entra en acción el control integral que reducirá el posible error debido al control proporcional, hasta posicionar el volante en el punto preciso. Si la maniobra se efectúa lentamente, la acción del control diferencial no tendrá apenas efecto. Si por el contrario es preciso que la maniobra se realice rápidamente, entonces, el control derivativo adquirirá mayor importancia, aumentando la velocidad de respuesta inicial del sistema, para a posteriori entrar en acción el control proporcional y finalmente el integral. Si fuese necesaria una respuesta muy rápida, entonces prácticamente solo intervendría el sistema de control derivativo, quedando casi anulados los efectos de un control proporcional e integral.

Con lo anterior se consigue una gran inmediatez en la respuesta, aunque como se prima la velocidad de respuesta es a costa de que se pierda precisión en la maniobra. Los símbolos empleados para identificar los tres tipos de controles son: