Este documento presenta una introducción a los controladores automáticos. Explica que los controladores son necesarios para controlar procesos industriales de manera más eficiente y precisa que los seres humanos. Luego describe los elementos clave de un sistema de control, incluidos el controlador, la planta y la retroalimentación. Finalmente, resume los diferentes tipos de controladores como proporcional, integral, derivativo y PID, y explica cómo cada uno genera una señal de control.

1. REPUBLICA BOLIBARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRONICA
EXTENSIÓN MATURIN.
CONTROLADORES AUTOMATICOS
Materia:
Teoria de control
Autor: Eduardo Martínez 19.475.078
Tutor: Ing. Mariangela Pollonais
Maturín, 24 de Julio de 2013

2. INTRODUCCION
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 t al 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. 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 mucha s 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.
Frente a este panorama , surge la automatización y los sistema s de
control como una solución que va a permitir llevar a la producción a
estándares de calidad mucho mejores.
Actualmente en el mundo, se ve una introducción de las computadoras y de
la microelectrónica en la industria y en la sociedad, esto trae consigo una
extensión del campo de la automatización industrial ya que permite a través
del manejo de la información (señales, datos, mediciones, etc.) transformar los
mecanismos de producción y procesos productivos de algunas industrias.
Se continúa y extiende a sí el proceso de automatización
electromecánica que se inicia a principios del siglo, la nueva era de la
automatización se basa en la fusión de la electrónica con los antiguos
mecanismos automáticos que funcionaban utilizando diferentes medios
mecánicos neumáticos, et c. dando origen a los robot, a las máquinas y
herramientas computarizada s, a los sistemas flexibles de producción. Para

3. el diseño y control de la producción se desarrolla ron programas de
computación para el dibujo (CAD), para asistir el diseño (CADICAE), para la
manufactura (CAM), para asistir el manejo de proyectos, para asistir la
planeación de requerimientos, para la programación de la producción, para
el control de calidad, etc.

4. Elementos de un Sistema de Control
Esquema de un Sistema de Control

5. Definición de controlador
Es aquel instrumento que compara el valor medido con el valor
deseado, en base a esta compa ración calcula un error (diferencia entre
valor medido y deseado), para luego actuar a fin de corregir este error .
Tiene por objetivo elabora r 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. Algunos autores utilizan los
términos controlador y compensador como sinónimos. El contexto deberá eliminar
cualquier ambigüedad. Las cinco definiciones siguientes son ejemplos de leyes de
control o algoritmos de control. Contiene interfaces que le permiten maneja r
gran número de entrada s y salidas tanto analógicas como digitales.
Compensación en adelanto
La compensación de adelanto básicamente acelera la respuesta e
incrementa la estabilidad del sistema. La compensación de atraso mejora la
precisión en estado estable del sistema, pero reduce la velocidad de la respuesta.
Si se desea mejorar tanto la respuesta transitoria como la respuesta en estado
estable, debe usarse en forma simultánea un compensador de adelanto y un
compensador de atraso. La compensación de atraso-adelanto combina las
ventajas de las compensaciones de atraso y de adelanto. Dado que el
compensador de atraso-adelanto posee dos polos y dos ceros, Tal compensación
aumenta en dos el orden del sistema, a menos que ocurra una cancelación de
polos y ceros en el sistema compensado.

6. Compensación de atraso
Un compensador en atraso puede reducir (pero no eliminar) el error de
estado estacionario. Dependiendo del efecto deseado, uno o más compensadores
en adelanto y en atraso puede usarse en varias combinaciones.
Los compensadores en atraso, adelanto y adelanto/atraso se diseñan
normalmente para un sistema representado en la forma función de transferencia.
Tipos de controladores
Los controladores pueden ser de tipo manual, neumático, electrónico;
los controladores electrónicos más usados son : computadoras con tarjetas
de adquisición de da tos, PLC (controladores lógicos programables),
microcontroladores (PIC).
El tipo de controlador más común es el PLC, el cual es un equipo
electrónico basado en microprocesadores, ha ce uso de memorias
programables y regrabables (RAM), en donde se alma cenan instrucciones a
manera de algoritmos que van a permitir seguir una lógica de control.
Sistemas de control son los modos con los que cuenta un controlador para
efectuar la acción de control estos son:
a) Dos posiciones
b) Dos posiciones con zona diferencial
c) Proporcional
d) Proporcional con reajuste automático
e) Proporcional con reajuste automático y acción derivativa
Existen tantos tipos de controladores como tipos de periféricos, y es común
encontrar más de un controlador posible para el mismo dispositivo, cada uno
ofreciendo un nivel distinto de funcionalidades. Por ejemplo, aparte de los oficiales
(normalmente disponibles en la página web del fabricante), se pueden encontrar
también los proporcionados por el sistema operativo, o también versiones no
oficiales hechas por terceros.

7. El controlador o regulador constituye el elemento fundamental en un
sistema de control, pues determina el comportamiento del bucle, ya que
condiciona la acción del elemento actuador en función del error obtenido. La forma
en que el regulador genera la señal de control se denomina acción de control.
Algunas de estas acciones se conocen como acciones básicas de control,
mientras que otras se pueden presentar como combinaciones de las acciones
básicas.
Controlador de acción Proporcional (P)
En este regulador la señal de accionamiento es proporcional a la señal de
error del sistema. Si la señal de error es grande, el valor de la variable regulada es
grande y si la señal de error del sistema es pequeña, el valor de la variable
regulada es pequeño. Es el más simple de todos los tipos de control y consiste
simplemente en amplificar la señal de error antes de aplicarla a la planta o
proceso. La función de transferencia de este tipo de control se reduce a una
variable real, denominada Kp que determinará el nivel de amplificación del
elemento de control.
Llamando y (t) a la señal de salida (salida del regulador) y e(t) a la señal de
error (entrada al regulador), en un control proporcional tendremos:
y(t)= Kp e(t), y pasando al dominio de Laplace, tendremos Y(S)= Kp E(S)
La función de transferencia del bloque controlador (no la total del sistema), será:
Y(S)= Kp
E(S)
Donde Y(S) es la salida del regulador o controlador, E(S) la señal de error y Kp la
ganancia del bloque de control.
Teóricamente, en este tipo de controlador, si la señal de error es cero, la salida del
controlador también será cero. La repuesta, en teoría es instantánea, con lo cual el
tiempo no interviene en el control. Sin embargo, en la práctica, esto no es así, de
forma que, si la variación de la señal de entrada es muy rápida, el controlador no
puede seguir dicha variación y seguirá una trayectoria exponencial hasta alcanzar
la salida deseada.

8. Controlador de acción Integral (I)
En un controlador integral, la señal de salida del mismo varia en función de
la desviación y del tiempo en que se mantiene la misma, o dicho de otra manera,
el valor de la acción de control es proporcional a la integral de la señal de error.
Esto implica que mientras que en la señal proporcional no influía el tiempo, sino
que la salida únicamente variaba en función de las modificaciones de la señal de
error, en este tipo de control la acción varía según la desviación de la salida y el
tiempo durante el que esta desviación se mantiene.
La salida de este regulador es:
Y(t)=K i∫e( t) dt
Y(t) = Salida integral.
e(t) = Error (diferencia entre medición y PC). PC (punto de consigna)
Analizando el sistema en el dominio de Laplace y teniendo en cuenta que la
transformada de la función integral es 1 E(S)
Controlador de acción proporcional y derivativa (PD)
En este tipo de controladores, debemos tener en cuenta que la derivada de
una constante es cero y, por tanto, en estos casos, el control derivativo no ejerce
ningún efecto, siendo únicamente útil en los casos en los que la señal de error
varía en el tiempo de forma continua.
Por tanto, el análisis de este controlador ante una señal de error de tipo escalón
no tiene sentido y, por ello, se ha representado la salida del controlador en función
de una señal de entrada en forma de rampa unitaria.
Como se observa en la figura anterior la respuesta del controlador se
anticipa a la propia señal de error, de ahí que al tiempo Td se le denomine tiempo
de anticipación o adelanto. Este tipo de controlador se utiliza en sistemas que
deben actuar muy rápidamente, puesto que la salida está en continuo cambio.

9. Controlador de acción PID
Aprovecha las características de los tres reguladores anteriores, de forma,
que si la señal de error varía lentamente en el tiempo, predomina la acción
proporcional e integral y, si la señal de error varía rápidamente, predomina la
acción derivativa. Tiene la ventaja de tener una respuesta más rápida y una
inmediata compensación de la señal de error en el caso de cambios o
perturbaciones. Tiene como desventaja que el bucle de regulación es más
propenso a oscilar y los ajustes son más difíciles de realizar.
Como ejemplo de un sistema de control PID, podemos poner la conducción
de un automóvil. Cuando el cerebro da una orden de cambio de dirección, en una
maniobra normal, la acción de control predominante del sistema es la
proporcional, que aproximará la dirección al punto deseado de forma más o menos
precisa. Una vez que la dirección esté cerca del punto deseado, comenzará la
acción integral que eliminará el posible error producido por el control proporcional,
hasta posicionar el volante en el punto preciso. Si la maniobra es lenta, la acción
derivativa no tendrá apenas efecto. Si la maniobra requiere mayor velocidad de
actuación, la acción de control derivativo adquirirá mayor importancia, aumentando
la velocidad de respuesta inicial del sistema y posteriormente actuará la acción
proporcional y finalmente la integral. En el caso de una maniobra muy brusca, el
control derivativo tomará máxima relevancia, quedando casi sin efecto la acción
proporcional e integral, lo que provocará muy poca precisión en la maniobra.

10. Conclusión
Los controles automáticos tienen una intervención cada vez más importante
en la vida diaria, desde los simples controles que hacen funcionar un tostador
automático hasta los complicados sistemas de control necesarios en vehículos
espaciales, en guiado de proyectiles, sistemas de pilotajes de aviones, etc.
Además el control automático se ha convertido en parte importante e integral de
los procesos de manufactura e industriales modernos; en otras palabras, el
control automático resulta esencial en operaciones industriales como el control de
presión, temperatura, humedad, viscosidad y flujo en las industrias de procesos,
maquinado manejo y armado de piezas mecánicas en las industrias de
fabricación, entre muchas otras.
En la actualidad en las modernas fábricas e instalaciones industriales, se
hace cada día más necesario disponer de sistemas de control o de mando, que
permitan mejorar y optimizar una gran cantidad de procesos, en donde la sola
presencia del hombre es insuficiente para gobernarlos. La industria espacial y de
la aviación, petroquímica, papelera, textil, del cemento, etc. son algunos ejemplos
de lugares en donde se necesitan sistemas de control, cuya complejidad ha traído
como consecuencia el desarrollo de técnicas dirigidas a su proyecto y
construcción.
El control automático ha jugado un papel vital en el avance de la ingeniería
y la ciencia. Como los avances en la teoría y práctica del control automático
brindan los medios para lograr el funcionamiento óptimo de sistemas dinámicos,
mejorar la calidad y abaratar los costos de producción, liberar de la complejidad de
muchas rutinas de tareas manuales respectivas, etc; la mayoría de los ingenieros
tienen contacto con los sistemas de control, aún cuando únicamente los usen, sin
profundizar en su teoría.
Sintetizando se puede afirmar que los sistemas de control son sistemas
dinámicos, y un conocimiento de la teoría de control proporcionará una base para
entender el comportamiento de tales sistemas, por ejemplo, muchos conceptos de
la teoría de control pueden usarse en la solución de problemas de vibración. En

11. este sentido, la teoría de control automático no es sino una pequeña parte de una
teoría más general que estudia el comportamiento de todos los sistemas
dinámicos.