Tipos De Controladores

TEMA

“Descripción de tres tipos de control automático diferentes a los controladores en lazo cerrado clásicos y del procedimiento de las formas de sintonización de controladores PID para complementar lo aprendido en la materia de Control Digital del séptimo nivel de Ingeniería Electrónica e Instrumentación de la ESPE-L”

OBJETIVOS

General

Describir tres tipos de control automático diferentes a los controladores en lazo cerrado clásicos y del procedimiento de las formas de sintonización de controladores PID para complementar lo aprendido en la materia de Control Digital del séptimo nivel de Ingeniería Electrónica e Instrumentación de la ESPE-L.

Específicos

Consultar las características y funcionamiento de controladores distintos a los aprendidos en clase.

Investigar las formas de sintonización de controladores PID.

Analizar las ventajas y desventajas de cada controlador consultado.

Identificar las virtudes de cada forma de sintonización de controladores PID.

RESUMEN

En el presente trabajo se describen tres tipos de controladores diferentes al control en lazo cerrado los cuales son: el control en cascada, el control anticipativo y el control de relación exponiendo las virtudes de cada uno. También se incluyen los procedimientos del método de ganancia límite, curva de reacción y método del tanteo para ajustar controladores PID.

ABSTRACT

In this paper we describe three different types of controllers in closed loop control which are: the cascade control, feed-forward control and ratio control expounding the virtues of each one. Also we included are procedures limit gain method, reaction curve and scoring method for adjusting PID controllers.

MARCO TEÓRICO

OTROS TIPOS DE CONTROLADORES

Los sistemas de regulación basados en la realimentación continua de la señal de error, tienen una gran ventaja, ya que la comparación permanente entre el valor deseado de la variable controlada y su valor actual, les permite corregir el efecto de las perturbaciones.

La principal desventaja que presenta el control de realimentación, es la necesidad de que exista una señal de error para que el controlador actúe iniciando la corrección, es decir, el control realimentado corrige después de que las variables perturbadoras han desviado a la controlada de su punto de referencia.

Por las anteriores razones se describe a continuación otras técnicas de control que son variantes de los controladores PID o tienen enfoques diferentes al control clásico.

CONTROL EN CASCADA

El control en cascada consta de dos lazos de realimentación, uno de los cuales es interno al otro. Su objetivo es el de mejorar el desempeño de un lazo de control realimentado que no funciona satisfactoriamente, aunque su controlador esté 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 rápidamente, 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 en cascada

Fuente: Antonio Creus Solé, (1993) Instrumentación Industrial, Regulación automática, Otros tipos de control, pág. 531.

Para que el control en cascada sea eficaz, es necesario escoger adecuadamente la variable secundaria teniendo en cuenta las perturbaciones que puedan presentarse y las velocidades de respuesta de los distintos componentes, de acuerdo con los siguientes requisitos:

Que el sistema bajo control, pueda dividirse en dos procesos más simples, para cerrar alrededor de estos los lazos de control, principal y secundario.

Que el lazo secundario incluya el mayor número de perturbaciones sin llegar a decrecer demasiado su tiempo de respuesta.

El lazo secundario debe ser más rápido que el lazo primario.

Algunas combinaciones típicas se muestran a continuación:

Tabla 1: Combinaciones típicas para controles en cascada

PRIMARIO SECUNDARIO

Temperatura Presión

Temperatura Flujo

Temperatura Temperatura

Nivel Flujo

Composición Flujo

Fuente: Antonio Creus Solé, (1993) Instrumentación Industrial, Regulación automática, Otros tipos de control, pág. 532.

Ventajas

Las perturbaciones en el lazo interno o secundario son corregidas por el controlador secundario, antes de que ellas puedan afectar a la variable primaria.

Cualquier variación en la ganancia estática de la parte secundaria del proceso es compensada por su propio lazo.

Las constantes de tiempo asociadas al proceso secundario son reducidas drásticamente por el lazo secundario.

El controlador primario recibe ayuda del controlador secundario para lograr una gran reducción de la variable primaria.

CONTROL ANTICIPATIVO

El control anticipativo (feed-forward) se basa en la medición de una o más variables de entrada y actúa simultáneamente sobre la variable manipulada que produce la salida deseada del proceso. Con el control anticipativo, se cancelan los efectos indeseables de perturbaciones medibles al compensarlos antes de que se perciban en la salida.

Este tipo de control requiere un conocimiento exacto y completo de las características estáticas y dinámicas del proceso, así como de la forma en que las perturbaciones afectan la salida del proceso.

Su diseño se basa en un sistema de cómputo que tiene como entradas las señales que provienen de la medición de las perturbaciones y como salida la modificación que debe hacerse en la variable manipulada para que la variable controlada no se desvíe de su punto de referencia. De ésta manera, la variable perturbadora entra simultáneamente con la acción correctiva con lo que impide la desviación que se produciría en la variable controlada. Esta corrección antes de que se produzca el error da el nombre de anticipativa a esta acción de control.

Figura 2.- Control anticipativo

Fuente: Antonio Creus Solé, (1993) Instrumentación Industrial, Regulación automática, Otros tipos de control, pág. 537.

Aplicaciones

En procesos difíciles de controlar por realimentación debido a la presencia de tiempo muerto y retardos considerables.

En procesos que reciben flujos no controlados provenientes de otras partes de la planta y que pueden afectar a la variable controlada.

Procesos en el que la variable controlada no puede medirse con precisión o de modo continuo.

Procesos en el que la variable controlada no es fija y viene determinada por otras variables.

Ventajas

Detecta las variables perturbadoras y toma la acción correctiva antes de que la variable controlada se desvíe de su punto de referencia.

Útil para procesos con tiempo muerto y de respuesta dinámica muy lenta.

Desventajas

Requiere medir todas las variables perturbadoras.

Requiere conocimiento exacto del proceso.

El modelo puede resultar físicamente irrealizable. (Si el polinomio del numerador de la función de transferencia del controlador es de mayor grado que el polinomio del denominador)

No corrige perturbaciones no medidas.

Es insensible a variaciones en los parámetros de los elementos del lazo de control.

CONTROL DE RELACIÓN

El control de relación es un sistema de control en el que una variable de proceso es controlada con relación a otra variable en una proporción fija. Generalmente las variables que se deseen mantener en una relación fija son las ratas de flujo de dos corrientes, una de las cuales, la que no se controla esté sometida a perturbaciones frecuentes porque proviene de la unidad de producción.

El control de relación puede hacerse mediante un divisor o una estación de relación; en el primer caso se introduce un elemento no lineal al lazo de control por lo que resulta no recomendable. La estación de relación es un amplificador de ganancia ajustable.

Figura 3.- Control de relación

Fuente: Antonio Creus Solé, (1993) Instrumentación Industrial, Regulación automática, Otros tipos de control, pág. 538.

Cuando se usa el control de relación se debe tener presente:

Expresar los flujos en las mismas unidades

Las señales que lleguen a las divisiones, estación de relación y controlador deben tener las mismas características lineal o cuadrática.

Ajustar la relación de estación teniendo en cuenta el rango de las transmisiones

Relacion=(Fc-C1)/(F1-Cc) (1)

Donde:

Fc =

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