Tipos de Acción de Control Industrial: Fundamentos y Características PID
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Introducción a la Acción de Control
Un controlador tiene como tarea mantener una variable controlada en correspondencia muy próxima con la señal de referencia, eliminando la influencia de las perturbaciones que tienden a cambiar el valor de la variable controlada.
La acción de control de un controlador se define como la relación entre el error en la señal de salida y la señal de referencia.
Tipos Básicos de Acción de Control en Procesos Industriales
Acción de Control Discontinua o de Dos Posiciones (ON-OFF)
El controlador adopta solo dos posiciones: abierto y cerrado. La señal actuante del controlador se mueve entre dos límites requeridos para que la variable controlada oscile entre dos valores dados.
Acción de Control Proporcional (P)
Tiene una salida que es proporcional al error. Es un amplificador de ganancia y se usa cuando se requiere un control lineal en una región del error. Es similar al controlador ON-OFF, solo que en vez de una zona muerta, posee una región de respuesta lineal.
Banda Proporcional
La acción de control proporcional se puede expresar mediante el concepto de Banda Proporcional. Se entiende como el cambio necesario en el error. Si la banda proporcional es muy grande, el sistema es muy lento.
Características del Control Proporcional
- La conexión entre el error y la acción de control produce una respuesta rápida y estable.
- Al introducir una perturbación (rampa), nunca lleva la variable controlada al valor deseado (genera error en estado estable).
Acción de Control Derivativa (D)
La salida es proporcional a la rapidez de cambio del error. Esta salida del controlador varía en proporción a la velocidad de cambio del error. Si el error es constante, no se produce ninguna acción de control.
Características del Control Derivativo
- Si el error no cambia, no hay acción de control.
- Amplifica las señales de ruido.
- Produce un efecto de saturación en el actuador.
Acción de Control Integral (I)
Tiene una salida que es proporcional a la integral del error. La velocidad de cambio de la salida del controlador es proporcional al error. La tendencia es minimizar el error.
Características del Control Integral
- Es lenta.
- No permite error en estado estable.
- Tiende a sobrecorregir el error, volviendo al sistema oscilatorio.
Acciones de Control Combinadas
Control Proporcional + Derivativa (PD)
La salida es proporcional al error y a su derivada. Combina las ventajas del control proporcional más derivativo, pero se usa poco por no ser capaz de eliminar el error en estado estable. La ventaja es que produce señales de adelantamiento que actúan rápidamente cuando la variable controlada cambia bruscamente.
Control Proporcional + Integral (PI)
La salida es proporcional al error y a la integral del error. Combina las ventajas del controlador proporcional más el integral. Tiene buena respuesta transitoria y corrige el error en estado estable.
Control Proporcional + Integral + Derivativa (PID)
La salida es proporcional al error, a su derivada y a su integral. Ofrece una rápida respuesta proporcional al error. La parte integral elimina el error, y la acción derivativa permite que el controlador actúe rápidamente ante cambios de error.
Componentes y Ajuste del PID
- P (Proporcional): Proporciona una rápida respuesta.
- I (Integral): Tiende a eliminar el error en estado estable.
- D (Derivativa): Permite una acción rápida ante cambios bruscos.
El ajuste se realiza mediante las ganancias $K_p$, $T_i$ y $T_d$.