Optimización y Control de Sistemas: Acciones de Control y Modos de Transferencia
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Acción Integral
La acción integral se refiere a la acumulación del error en el tiempo. La integral se estabiliza solo cuando se anula el error de forma estable. Una variable importante es el tiempo, ya que tiene un cierto carácter histórico, dado que su valor depende de todos los valores pasados desde el instante inicial. Es una acción continua que crece o decrece respecto al área anterior, pero no da saltos, lo que hace que sea lenta. Cuando se estabiliza, anula el error y su salida es la apertura de la válvula que anula dicho error. La integral busca la apertura de la válvula que anula el error. Si cambian las condiciones, busca la nueva apertura que anule el error.
Precisión
La precisión hace referencia al posible error cometido en la lectura del dato proporcionado.
Tipos de Errores
- Cuantización: Depende de la resolución, puede llegar a ser de ±1 bit.
- Desajuste del cero: Diferencia entre el valor real y el ideal en el origen de la escala.
- Ganancia: Diferencia entre el valor real y el ideal en el fondo de escala, suponiendo que el error de offset haya sido eliminado.
- Linealidad: Alejamiento de la curva de transferencia respecto de la recta ideal.
Disparo del ADC
Disparo por Programa
Programa de control que se ejecuta en el PC, el cual, en un momento determinado establecido por el programador, da la orden al ADC. Este inicia la conversión y, cuando finaliza, lo señala para que el programa pueda adquirir el dato y lanzar una nueva conversión. Para ejecutar conversiones automáticamente en intervalos de tiempos precisos, se usa un reloj programable. Una vez ajustada la frecuencia, sus impulsos son los que dan la orden al ADC para que inicie la conversión.
Disparo Externo
Aplicar una señal (digital o analógica) a través del conector externo para que el ADC inicie la conversión.
Modos de Transferencia
- Programadas: Solo se cumplen cuando lo pide el programa, pudiendo ajustar el programador cuando lo desee.
- Por Interrupción: Cuando termina el ADC, interrumpe el programa que se está ejecutando para transferir sus datos.
- Por Acceso Directo a la Memoria (DMA): Cuando termina el ADC, transfiere sus datos directamente a la memoria sin interrumpir el proceso.
Acción Proporcional Integral (PI)
La acción proporcional actúa de forma rápida e instantánea, proporcionalmente al error. La acción integral elimina errores, aunque puede ser lenta y oscilatoria. Ko es la constante de la integral y Tr es el tiempo que necesita la acción integral para alcanzar a la proporcional cuando el error es un escalón. La acción proporcional positiva actúa igual de rápido que el error. La acción proporcional negativa no elimina errores de offset.
Acción Derivativa (D)
La acción derivativa actúa sobre el elemento final de control para corregir las variaciones del error en el tiempo. Un error grande que no varía hace que la acción derivativa sea mala; sin embargo, un pequeño cambio brusco del error hace que la acción derivativa sea grande. No actúa ante el error, sino ante las variaciones del error. Es la acción más brusca y rápida. Tiene un carácter anticipativo, siendo la primera acción que va a apreciar un pequeño cambio de error. Es una acción secundaria, no corrige el error sino sus variaciones, y, por tanto, la usaremos para mejorar la respuesta ante perturbaciones.
Acción Proporcional Integral Derivativa (PID)
Al añadir la acción derivativa, conseguimos más rapidez y mejorar, sobre todo, la respuesta del regulador ante perturbaciones. Una acción derivativa no se puede usar cuando tenemos una señal con mucho ruido, porque hay muchas variaciones y la derivada abrirá y cerrará constantemente la válvula, estropeando el posible control de la señal. En estos casos, necesitaremos filtros.
¿Cómo Eliminar el Error?
Actuamos sobre los parámetros del regulador. Disminuyendo la Banda Proporcional (BP), disminuiremos el error.
Control Todo/Nada
La decisión a tomar por el regulador es la de abrir o cerrar la válvula (ejemplo de un sistema de calentamiento). Si la Medida del Proceso (MPC) es menor que la consigna, cerramos la válvula. Ejemplo de enfriamiento: si MPC es mayor que la consigna, abrimos la válvula. Las ventajas son que es un sistema sencillo y barato, sin parámetros de calibración. Los inconvenientes son que la medida oscila, no es estable, no conseguimos un valor de consigna estable sino una oscilación en torno a la consigna. Limita la vida útil del elemento final de control, ya que se está abriendo y cerrando constantemente (especialmente en sistemas electromecánicos). Únicamente se puede emplear con sistemas con mucha inercia (ej., temperatura). No aprovechamos el consumo energético, ya que el tiempo que supone conectar el elemento final de control es relativamente breve.
Control Todo o Nada con Ciclo de Histéresis
Es un control todo/nada con ventajas e inconvenientes. Si la Medida (M) es inferior a la consigna más la histéresis (H), implica que la salida (Y) se activa. Si M > Consigna + H = Y. La histéresis confiere más vida útil al elemento final de control y un mejor ahorro energético, ya que aprovecha la activación de la válvula para que la medida crezca un poco más y tarde más tiempo en necesitar activarse de nuevo. Con la histéresis, no tiene por qué ser simétrica; la podemos acomodar al sistema concreto que tengamos y sus condiciones. El ciclo de oscilación aumenta más en el tiempo. Implica mayor imprecisión; tenemos que calibrar uno o dos parámetros (ambas histéresis). Respuesta temporal (foto 1): V e I.