Este documento describe los diferentes tipos de controladores y sus acciones de control. Explica que un controlador compara el valor medido con el valor deseado y calcula un error para actuar y corregirlo. Luego describe los tipos principales de controladores: de dos posiciones, proporcional, integral, proporcional-integral, proporcional-derivativo y proporcional-integral-derivativo. Finalmente, concluye que los controladores son eficientes para ejecutar procesos ya que tienen una gran variedad de aplicaciones industriales y domésticas.
Aportes a la Arquitectura de Le Corbusier y Mies Van der Rohe
controladores teoria de control
1. RepúblicaBolivariana de Venezuela
Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Extensión Maturín
CONTROLADORES
Teoría de Control
Maturín, Julio2014
Bachiller:
Gregori Rondón
C.I:14.508.742
Profesora:
ING: Mariangel Pollonais
3. INTRODUCCION
El flujo de la potencia tiene una dependencia inmediata del voltaje, es decir al
controlar el voltaje se controla el flujo. Existen diferentes métodos para
controlar y variar la tensión en circuito eléctrico con diferentes fines tales como
controlar velocidades de motores, temperaturas, cambio de conexiones,
alumbrados etc. Los diferentes métodos de control lo estaremos ampliando en
este trabajo, mostrando sus principales características y el uso adecuado para
cada uno de ellos. En muchos procesos industriales la función de control es
realizada por un operario (ser humano), este operario es el que decide cuando
y como manipular las variables de modo tal que se obtenga una cadena
productiva Continua y eficiente. La eficiencia productiva implica el constante
aumento de los niveles de producción de la maquinaria instalada, el
mejoramiento de la calidad del producto final, la disminución de los costos de
producción, y la seguridad tanto para el personal como para los equipos.
Los sistemas de control son aquellos dedicados a obtener la salida
deseada de un sistema o proceso. En un sistema general se tienen una serie
de entradas que provienen del sistema a controlar, llamado planta, y se diseña
un sistema para que, a partir de estas entradas, modifique ciertos parámetros
en el sistema planta, con lo que las señales anteriores volverán a su estado
normal ante cualquier variación. Para logra r esto es necesario que los
procesos productivos se realicen a la mayor velocidad posible y que las
variables a controlar estén dentro de valores constantes. Debido a estas
exigencias, la industria ha necesitado de la utilización de nuevos y más
complejos procesos, que muchas veces el operario no puede controlar debido
a la velocidad y exactitud requerida, además muchas veces las condiciones del
espacio donde se lleva a cabo la tarea no son las más adecuadas para el
desempeño del ser humano
4. Esquemade un sistema de control
Es un tipo de sistema que se caracteriza por la presencia de una serie de
elementos que permiten influir en el funcionamiento del sistema. La finalidad de
un sistema de control es conseguir, mediante la manipulación de las variables
de control, un dominio sobre las variables de salida, de modo que estas
alcancen unos valores prefijados (consigna). Un sistema de control ideal debe
ser capaz de conseguir su objetivo cumpliendo los siguientes requisitos:
1. Garantizar la estabilidad y particularmente, ser robusto frente a
perturbaciones y errores en los modelos.
2. Ser tan eficiente como sea posible, según un criterio preestablecido.
Normalmente este criterio consiste en que la acción de control sobre las
variables de entrada sea realizable, evitando comportamientos bruscos e
irreales.
3. Ser fácilmente implementarle y cómodo de operar en tiempo real con ayuda
de un ordenador.
Los elementos básicos que forman parte de un sistema de control y permiten
su manipulación son los siguientes:
- Sensores. Permiten conocer los valores de las variables medidas del sistema.
- Controlador. Utilizando los valores determinados por los sensores y la
consigna impuesta, calcula la acción que debe aplicarse para modificar las
variables de control en base a cierta estrategia.
- Actuador. Es el mecanismo que ejecuta la acción calculada por el controlador
y que modifica las variables de control.
5. CONTROLADOR
Es aquel instrumento que compara el valor medido con el valor deseado, en base a esta
comparación calcula un error (diferencia entre valor medido y deseado), para luego
actuar a fin de corregir este error. Tiene por objetivo elaborar la señal de control que
permita que la variable controlada corresponda a la señal de referencia. El término
controlador en un sistema de control con retroalimentación, a menudo está asociado con
los elementos de la trayectoria directa entre la señal actuante (error) e y la variable de
control u. Pero, algunas veces, incluye el punto de suma, los elementos de
retroalimentación o ambos.
Compensación en Adelanto
Un compensador de adelanto de fase hará descender la ganancia de baja
frecuencia y elevará el ángulo de fase de la frecuencia media total, relativas a
la frecuencia de corte determinada por la constante de tiempo T. Normalmente
se utiliza para mejorar el margen de fase. Es decir, puede mejorar la estabilidad
relativa del sistema. Para compensar la pérdida de ganancia, es común aplicar
una compensación de ganancia. El efecto combinado de estos dos
compensadores se puede utilizar para incrementar el ancho de banda del
sistema y, por ende, la velocidad de respuesta.
6. Compensación en atraso
El efecto principal de la compensación en atraso es reducir la ganancia de alta
frecuencia (acrecentar la atenuación) en tanto que el ángulo de fase decrece
en la región de frecuencia baja a media (aumenta el atraso de fase). Asimismo,
un compensador de atraso puede hacer que disminuya el ancho de banda del
sistema y/o los márgenes de ganancia, y en general puede ocasionar que un
sistema sea más lento. Generalmente se utiliza para mejorar el
comportamiento en estado estacionario (el error permisible o la precisión del
sistema).
7. Tipos de controladores
Los controladores industriales se clasifican, de acuerdo con sus acciones de
control, como:
De dos posiciones o de encendido y apagado (on/of)
Proporcionales
Integrales
Proporcionales-integrales
Proporcionales-derivativos
Proporcionales-integrales-derivativos
Casi todos los controladores industriales emplean como fuente de energía la
electricidad o un fluido presurizado, tal como el aceite o el aire. Los
controladores también pueden clasificarse, de acuerdo con el tipo de energía
que utilizan en su operación, como neumáticos, hidráulicos o electrónicos. El
tipo de controlador que se use debe decidirse con base en la naturaleza de la
planta y las condiciones operacionales, incluyendo consideraciones tales como
seguridad, costo, disponibilidad, confiabilidad, precisión, peso y tamaño.
Acción de controlde dos posiciones o de encendidoy
apagado (on /off).
En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuación solo
tiene dos posiciones fijas que, en muchos casos, son simplemente encendidos
y apagados. Este control de dos posiciones o de encendido y apagado es
relativamente simple y barato, razón por la cual su uso es extendido en
sistemas de control tanto industriales como domésticos. Supongamos que la
señal de salida del controlador es u(t) y que la señal de error es e(t). En el
control de dos posiciones, la señal u(t) permanece en un valor ya sea máximo o
mínimo, dependiendo de si la señal de errores positiva o negativa En un
sistema de control de dos posiciones Es común que los controladores de dos
posiciones sean dispositivos eléctricos, en cuyo caso se usa extensamente una
válvula eléctrica operada por solenoides. Los controladores neumáticos
proporcionales con ganancias muy altas funcionan como controladores de dos
posiciones y, en ocasiones, se denominan controladores neumáticos de dos
posiciones.
8. Figura (2) Un sistema de control del líquido que es controlado por una
acción de control de dos posiciones
Acción de control proporcional
En el modo proporcional la magnitud de la salida del controlador es
proporcional a la magnitud del error, es decir si el elemento de controles una
válvula esta recibe una señal que es proporcional a la magnitud de la
corrección requerida. Cualquiera que sea el mecanismo real y la forma de
operación, el controlador proporcional es, en esencia, un amplificador con una
ganancia ajustable El controlador proporcional es el tipo más simple de
controlador, con excepción del controlador de dos estados Para un controlador
con acción de control proporcional, la relación entre la salida del controlador
u(t) y la señal de error e(t) es:
Ut = Kpet………..Ecuación o bien, en cantidades transformadas por el método
de Laplace
UsEs = Kp…………Ecuación en donde (Kp) Se considera la ganancia
proporcional
P: Acción de control proporcional, da una salida del controlador que es
proporcional al error, es decir: u(t)=KP.e(t),que describe desde su función
transferencia queda: Cp(s) = Kp
9. Controlador integra (I)
Un gran cambio en la carga de un sistema hará experimentar un gran cambio
del punto de referencia, a la variable controlada. Por ejemplo, si es aumentado
el flujo de un material mientras atraviesa un intercambiador de calor, la
temperatura del material caerá antes con respecto al sistema de control y este
pueda ajustar la entrada de vapora una nueva carga. Como el cambio en el
calor de la variable controlada disminuye, la señal de error comienza a ser más
pequeña y la posición del elemento de control se va acercando al punto
requerido para mantener un valor constante. Sin embargo, el valor constante
no será un punto de referencia: tendrá un desfase (Offset). Acción de control
integral: da una salida del controlador que esproporcional al error acumulado, lo
que implica que es un modo decontrolar lento.La señal de control u(t) tiene un
valor diferente de cero cuando la señalde error e(t) es cero. Por lo que se
concluye que dada una referenciaconstante, o perturbaciones, el error en
régimen permanente es cero.
Cp(s) = K /st0 u(t) = Ki ʃ e(t) dt
Cambios de temperatura debido a cambios en la carga
CONTROL DERIVATIVO (PI)
Un controlador PI puede ayudar a eliminar el “offset”, pero puede aumentar el
tiempo de respuesta y causar picos. El control integral es usado solo para
eliminar los desfases, pero con frecuencia, los cambios en las cargas
originarán la caída o subida de la variable controlada sobre límites aceptables
antes desajustado. Se requiere un modo de control de respuesta específica
para cambios rápidos de la señal de error. Esta acción de control
esencialmente puede anticipar un error basado en la velocidad de la respuesta
10. Controlador proporcional-integral-derivativo (PID).
Un controlador PI puede ayudar a eliminar el “offset”, pero puede aumentar el
tiempo de respuesta y causar picos. El control integral es usado solo para
eliminar los desfases, pero con frecuencia, los cambios en las cargas
originarán la caída o subida de la variable controlada sobre límites aceptables
antes desajustado. Se requiere un modo de control de respuesta específica
para cambios rápidos de la señal de error. Esta acción de control
esencialmente puede anticipar un error basado en la velocidad de la respuesta.
Algunas veces se añade otro modo de control al controlador PI, este nuevo
modo de control es la acción derivativa, que también se conoce como rapidez
de derivación o pre actuación; tiene como propósito Anticipar hacia dónde Va el
proceso, mediante la observación de la rapidez para el cambio del error, su
derivada. La ecuación descriptiva es la siguiente:
Mt = m+Kcet+KcτIetdt+KcτDd etdt…………Ecuación
Los controladores PID se utilizan en procesos donde las constantes de tiempo
son largas. Ejemplos típicos de ello son los circuitos de temperatura y los de
concentración. Los procesos en que las constantes de tiempo son cortas
(capacitancia pequeña) son rápidos y susceptibles al ruido del proceso, son
característicos de este tipo de proceso los circuitos de control de flujo y los
circuitos para controlar la presión en corrientes de líquidos.
11. CONCLUSION
En la ejecución de esta investigación se pudo comprender de la eficiencia que
se puede obtener con la aplicación de los controladores para la ejecución de un
proceso del tipo que fuera ya que estos dispositivos tienen una gran variedad
de aplicaciones, debemos de saber que en todo sistema de control el foco
central de atención es la planta, es decir la máquina, mecanismo o proceso a
ser controlado .
