3. CONTROLADORES POR RETRALIMENTACION. 3.1. FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTROLADORES. 3.2. TIPOS DE CONTROLADORES POR RETRALIMENTACION. 3.2.1. CONTROL PROPORCIONAL (P). 3.2.2. CONTROL INTEGRAL (I). 3.2.3. CONTROL PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO (PDI). 3.2.4. CONTROL PROPORCIONAL DERIVATIVO (PD). 3.2.5. CONTROL DIGTAL.

CONTROLADOR POR RETROALIMENTACIÓN. Es el que auto corrige las perturbaciones, eliminando los errores para obtener la salida ideal. Una plancha posee un dispositivo que mantiene la temperatura deseada, es decir, si se sube la temperatura abre el circuito de alimentación de las resistencias y si se baja lo cierra para que calienten. Los servosistemas son también de este tipo solo que su salida son elementos mecánicos, un brazo de un robot o una válvula auto regulada o piloteada.

CONTROLADOR POR RETROALIMENTACIÓN. El controlador es “el cerebro” del circuito de control, es el dispositivo que toma la decisión en el sitema de control y, para hacerlo el controlador: Compara la señal del proceso que llega del transmisor, la variable que se controla, contra el punto de control y Envia la señal apropiada a la valvula de control, o cualquier otro elemento final de control, para mantener la variable que se controla en el punto de control.

FUNCIONAMIENTO DE LOS CONTROLADORES. La figura 1 muestra una aplicación común del control automático encontrada en muchas plantas industriales, un intercambiador de calor que usa calor para calentar agua fría. En operación manual, la cantidad de vapor que ingresa al intercambiador de calor depende de la presión de aire hacia la válvula que regula el paso de vapor.

Para controlar la temperatura manualmente, el operador observaría la temperatura indicada, y al compararla con el valor de temperatura deseado, abriría o cerraría la válvula para admitir mas o menos vapor. Cuando la temperatura ha alcanzado el valor deseado, el operador simplemente mantendría esa regulación en la válvula para mantener la temperatura constante.

Bajo el control automático, el controlador de temperatura lleva a cabo la misma función. La señal de medición hacia el controlador desde el transmisor de temperatura (o sea el sensor que mide la temperatura) es continuamente comparada con el valor de consigna (set-point en Inglés) ingresado al controlador.

Basándose en una comparación de señales, el controlador automático puede decir si la señal de medición está por arriba o por debajo del valor de consigna y mueve la válvula de acuerdo a ésta diferencia hasta que la medición (temperatura) alcance su valor final.

TIPOS DE CONTROLADORES POR RETROALIMENTACIÓN. La manera en que los controladores por retroalimentación toman una decisión el punto de control, mediante el calculo de la salida con base en la diferencia entre la variable que se controla y el punto de control. A continuación se verán los tipos mas comunes de controladores, por medio del estudio de las ecuaciones con la que se describe su operación.

CONTROLADOR PROPORCIONAL (P). En este sistema la amplitud de la señal de entrada al sistema afecta directamente la salida, ya no es solamente un nivel pre-destinado sino toda la gama de niveles de entrada. Algunos sistemas automáticos de iluminación utilizan un sistema P para determinar con que intensidad encender lámparas dependiendo directamente de la luminosidad ambiental.

El controlador proporcional es el tipo mas simple de controlador El controlador proporcional es el tipo mas simple de controlador. La ecuación con que se describe su funcionamiento es la siguiente: o Donde: m(t) =salida del controlador, psig o mA. r(t) =punto de control, psig o mA. c(t) =variable que se controla, psig o mA;esta es la señal que llega del transmisor. e(t) =señal de error en psi o mA; esta es la diferencia entre el punto de control y la variable que se controla. K =ganancia del controlador, psi/psi o mA/mA. m´ =valor base, psig o mA. El significado de este valor es la salida del controlador cuando el error es cero; generalmente se fija durante la calibracion del controlador, en medio de la escala, 9 psi o 12 mA.

Puesto que los rangos de entrada y salida son los mismos (3-5 psig o 4-20 mA), algunas veces las señales de entrada y salida, asi como el punto de control se expresan en porcentaje o fraccion de rango. (1) (2) Es interesante notar que en la ecuación 1 es para un controlador de acción inversa; si la variable que se controla, c(t), se incrementa en un valor superior al punto de control, r(t), el error se vuelve negativo y, como se ve en la ecuación, la salida del controlador, m(t), decrece. La manera común con que se designa matemáticamente un controlador de acción directa es haciendo negativa la ganancia del controlador, Kc; sin embargo, se debe recordar que en los controladores industriales no hay ganancias negativas, sino que únicamente positivas, lo cual se resuelve con el selector inverso/directo. La Kc negativa se utiliza cuando se hace el análisis matemático de un sistema de control en el que se requiere un controlador de acción directa.

(1) (2) En las ecuaciones 1 y 2 se ve que la salida del controlador es proporcional al error entre el punto de control y la variable que se controla; la proporcionalidad la da la ganancia del controlador, Kc; con esta ganancia o sensitividad del controlador se determina cuando se modifica la salida del controlador con un cierto cambio de error. Los controladores que son unicamente proporcionales tienen la ventaja de que solo cuentan con un parametro de ajuste, Kc, sin embargo, tiene una desventaja, operan con DESVIACIÓN, O “error de estado estacionario” en la variable que se controla.

“Proporcional” significa que el cambio presente en la salida del controlador es algún múltiplo del porcentaje de cambio en la medición. Este múltiplo es llamado “ganancia” del controlador. Para algunos controladores, la acción proporcional es ajustada por medio de tal ajuste de ganancia, mientras que para otros se usa una “banda proporcional”. Ambos tienen los mismos propósitos y efectos. b

La figura 7 ilustra la respuesta de un controlador proporcional por medio de un indicador de entrada/salida pivotando en una de estas posiciones. Con el pívot en el centro entre la entrada y la salida dentro del gráfico, un cambio del 100% en la medición es requerido para obtener un 100% de cambio en la salida, o un desplazamiento completo de la válvula. Un controlador ajustado para responder de ésta manera se dice que tiene una banda proporcional del 100%. Cuando el pívot es hacia la mano derecha, la medición de la entrada debería tener un cambio del 200% para poder obtener un cambio de salida completo desde el 0% al 100%, esto es una banda proporcional del 200%. Finalmente , si el pívot estuviera en la posición de la mano izquierda y si la medición se moviera sólo cerca del 50% de la escala, la salida cambiaría 100% en la escala. Esto es un valor de banda proporcional del 50%. Por lo tanto, cuanto mas chica sea la banda proporcional , menor será la cantidad que la medición debe cambiar para el mismo tamaño de cambio en la medición. O, en otras palabras, menor banda proporcional implica mayor cambio de salida para el mismo tamaño de medición.

CONTROLADOR INTEGRAL (PI).

CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL (PI). LA MAYORIA D ELOS PROCESOS