Respuesta del Sistema

Respuesta sobreamortiguada: E>1, La variable controlada no llega a alcanzar el nuevo SP.

Respuesta subamortiguada: 0<E<1, La variable controlada oscila alrededor del nuevo SP antes de estabilizarse.

Régimen transitorio: Respuesta del sistema hasta que llega a su valor estacionario.

Régimen permanente: Respuesta del sistema una vez alcanzada la estabilidad.

Tipos de Control

Control Override o Selectivo

Se utiliza cuando dos o más variables de un proceso no pueden superar unos límites preestablecidos. Principales aplicaciones:

• Protección de equipos
• Regulación de máximo y mínimo: Puede significar la selección del valor más alto entre los valores de entrada o limitación de una variable de proceso entre un máximo y un mínimo.
• Instrumentación redundante: Se utiliza para proteger el equipo en el caso de que el fallo de algún instrumento pueda ser peligroso.
• Sistema de estructura variable.

Ajuste Ordinario

Se considera que las características del proceso no varían y solo se especifica un valor de la variable de proceso, SP. Los ajustes realizados resultan inadecuados cuando alguna de las características del proceso cambia.

Autoajuste

Además del SP se especifica una función objetivo a minimizar. A través de esta función se determina si han variado las características del proceso. En caso de que lo hayan hecho, se actualizan las características y los nuevos valores utilizados para determinar los parámetros del regulador adaptados a la nueva dinámica del proceso. El lazo de control comprende el bucle realimentado convencional, que opera sobre la variable de proceso.

Auto Remoto

El SP de la variable secundaria viene fijado por la salida del controlador primario.

Auto Local

Puede modificar yo mismo el SP.

Tipos de Procesos

Proceso Autorregulado

Aptitud de un proceso para alcanzar el régimen permanente de una forma natural al cambiar una o varias magnitudes que influyen en la variable controlada. La regulación automática sirve para asegurarse de que el estado permanente alcanzado sea el adecuado y en el tiempo.

Proceso No Autorregulado

Expresa la ausencia de una regulación natural. La variable controlada crece o decrece indefinidamente al cambiar una de las magnitudes que influyen en ella.

Conceptos Clave

Banda Proporcional: Cambio porcentual en la medida, para un punto de consigna fijo, necesario para causar un cambio del 100% en la salida.

Bias del Controlador: Es el valor de la salida cuando el error es nulo.

Efecto de la acción integral sobre sistemas de 1er orden: La acción integral elimina el offset, pero aumenta el periodo de oscilación y la inestabilidad causado por el atraso en la respuesta.

Tiempo de Integración (Ti): Es el tiempo necesario para que el cambio producido en la salida por la acción integral sea igual al inicial causado por la acción proporcional. Es el tiempo que tarda en repetirse de nuevo la acción proporcional.

Tiempo de Derivación (Td): Indica el tiempo que se adelanta la respuesta proporcional en el caso de un controlador PID. Un tiempo de derivación demasiado grande provoca oscilaciones en la variable de proceso, mientras que un tiempo muy pequeño causa una gran desviación de la variable de proceso respecto del SP.

Ventajas del Control en Cascada

• Corrección de los cambios en la variable secundaria: Las perturbaciones que intervienen en el lazo secundario se corrigen por el controlador interno, antes de que afecten a la variable primaria.
• Mejora de la estabilidad y velocidad de respuesta del lazo externo gracias a la adición de un lazo secundario que reduce significativamente el atraso de fase del subsistema secundario.
• Compensación y atenuación de las variables de la ganancia del subsistema secundario.
• Posibilidad de un ajuste exacto del flujo de masa o energía: La introducción de un lazo interno hace posible que el controlador primario manipule directamente el caudal de masa o energía mejorando así la regulación de la variable primaria.

Control PID

P (acción proporcional): Actúa instantáneamente y su respuesta es proporcional a la señal de error.

I (acción integral): Su valor en cada instante es igual al área definida por la medida de la señal de error hasta el presente.

D (acción derivativa): Actúa proporcionalmente al cambio producido en la variable de proceso anticipándose al mismo en la variable controlada.

Control TODO-NADA

No lineal. La salida del regulador cambia de un valor extremo a otro cada vez que el error cambia de signo. Este control tiene el inconveniente de que al comportarse como un detector de signo de e(t), se producen excesivas conmutaciones que obligan al elemento final de control a pasar continuamente de una posición extrema a otra (desgaste de las partes móviles del elemento final). Para reducir el número de conmutaciones y mejorar el control, obteniendo una respuesta menos oscilatoria, se utiliza un elemento todo-nada con histéresis.

Tipos de Procesos Industriales

Proceso Continuo

Es un proceso que a partir de materia prima produce productos de manera continua. Están diseñados para producir un producto específico de modo eficiente. Grandes volúmenes.

Proceso Batch o por Lotes

Es un proceso que sirve para producir de forma discontinua, en bajas cantidades. En este tipo de proceso hay mucha flexibilidad en cuanto a producción. Es más importante la calidad. Ejemplos: destilerías, industria química.

Otros Conceptos

Máximo Sobreimpulso: Es el máximo error relativo respecto al valor estacionario. Tiempo de establecimiento (ts), intervalo de tiempo. La respuesta no se desvía del valor estacionario en más de un % específico. Generalmente se utiliza 5% o 2%.

Ganancia (dinámica – estática): Se define como la razón entre el cambio producido en su salida y el ocurrido en la entrada.

• Estática: Parte independiente del periodo de la señal de excitación.
• Dinámica: Depende del periodo y expresa sensibilidad ante una entrada cíclica.

Sintonización Prueba-y-Error

Procedimiento:

1. Controlador en manual. Ajustar la salida del controlador hasta que la medida sea estable y cerca del valor normal de operación.
2. Ganancia proporcional a valor pequeño; eliminar las acciones integral y derivativa.
3. Controlador en automático.
4. Cambio en SP o en la carga.
5. Ajustar la ganancia proporcional para observar una oscilación leve.
6. Repetir el último paso hasta conseguir la característica deseada en la respuesta (atenuación de ¼, por ejemplo).
7. Aumentar la acción integral hasta eliminar el offset.

Tiempo Muerto: Ocurre cada cierto tiempo en casi todos los procesos. La simulación del tiempo muerto viene dada por las siguientes aplicaciones: Ratio y control feedforward, a veces la compensación dinámica requiere un tiempo muerto en adición a lead-lag.

Sintonización LA

El controlador se coloca en modo manual. La salida se ajusta hasta un punto cercano al valor normal de operación. Se realiza de algún modo un cambio en escalón en la salida del controlador. Los valores de los distintos parámetros se determinan mediante alguno de los métodos existentes. La respuesta a este escalón en muchos procesos es una curva en forma de S. Se puede aproximar a un sistema de primer orden con retardo. Ganancia Kp Constante de tiempo τ Tiempo de retardo θ Determinación de los parámetros del proceso para un verdadero proceso de primer orden con retardo.

Windup

Si el error acumulado es grande, es posible que la parte integral del controlador llegue a saturarse, por lo que no consigue eliminar el error. Uno de los métodos para evitar este efecto es parar la acción del integrador cuando esto ocurre. A veces, la acción integral se “acelera”, y así se consigue que el sistema se recupere antes. La salida del controlador es la suma de KC * error más un valor realimentado a través de un sistema de primer orden. La constante de tiempo es el tiempo integral del controlador.

Windup Batch Switch

Ejemplo con un controlador de temperatura. Durante un periodo de tiempo, se interrumpe el suministro de vapor → la salida del controlador se satura. Cuando se recupera el suministro, la medida crece antes de que la salida del controlador disminuya. Con un controlador modificado, el sobreimpulso se reduce. Reducción del sobreimpulso usando el Batch Switch.

Etiquetas: Automatización, Control de Procesos, Control en Cascada, PID