CONTROLADOR

Y

TIPO DE CONTROLADOR

Prof:

Integrantes:

Jhoan Quintero

Sonia Leon

Yimag Lopez

Jorge Medina

Luis Veliz

Maturin, 23/01/2015

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

EXTENSIÓN MATURIN.

INDICE

INTRODUCCION ................................................................................................................. 3

ESQUEMA DE UN SISTEMA DE CONTROL ................................................................. 4

CONTROLADOR ................................................................................................................. 4

Compensación en adelanto................................................................................................ 5

Compensación en atraso. ................................................................................................... 5

Tipos de controladores........................................................................................................ 6

Controles o computadores analógicos: ................................................................. 6

Controladores o computadores digitales............................................................... 6

Controladores o computadores analógico-digitales: ........................................... 6

Acciones de control en respuesta del sistema ................................................................ 6

1. Control de dos posiciones, de encendido o apagado (On/Off) ......................... 6

2. Controlador Proporcional ......................................................................................... 7

3. Controlador Integral. ................................................................................................. 7

4. Control Derivativo...................................................................................................... 7

5. Control Proporcional – Integral ............................................................................... 8

6. Control Proporcional – Derivativo........................................................................... 8

7. Control Proporcional – Integral – Derivativo ......................................................... 8

CONCLUSION....................................................................................................................10

3

INTRODUCCION

Control significa mantener una variable controlada dentro de ciertos rangos

previamente establecidos. Esta es precisamente la función del controlador.

Un controlador es un bloque electrónico encargado de controlar uno o más

procesos. Al principio los controladores estaban formados exclusivamente por

componentes discretos, conforme la tecnología fue desarrollándose se emplearon

procesadores rodeados de memorias, circuitos de entrada y salida. Actualmente los

controladores integran todos los dispositivos mencionados en circuitos integrados

que conocemos con el nombre de microcontroladores. Los controladores son los

instrumentos diseñados para detectar y corregir los errores producidos al comparar

y computar el valor de referencia o “Set point”, con el valor medido del parámetro

más importante a controlar en un proceso.

En adelante se abordará el tema de controladores, abarcando puntos como:

esquema de un control, definición de controlador, tipos de controladores, acciones

de control en respuesta del sistema y la conclusión.

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ESQUEMA DE UN SISTEMA DE CONTROL

ESQUEMA DE CONTROL DE UN VEHICULO CON SISTEMA AUTOMATICO

CONTROLADOR

El termino 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.

La actuación puede ser de forma clásica de acuerdo al tamaño y tiempo de

duración del error, así como la razón de cambio existente entre ambos o aplicando

sistemas expertos a través de la lógica difusa y redes neuronales. Cada proceso

tiene una dinámica propia, única, que lo diferencia de todos los demás; es como la

personalidad, la huella digital de cada persona, como su ADN... Por tanto, cuando

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en un Lazo de Control se sintonizan los algoritmos P (Proporcional), I (Integral) y D

(Derivativo) de un Controlador, se debe investigar, probar, compenetrar con la

‘personalidad’ del proceso que se desea controlar, se debe medir calibrar y

mantener todo tipo de variables de proceso, y sintonizar los parámetros de los

algoritmos de control. Por consiguiente, la sintonización de los parámetros P, I y D

debe realizarse en tal forma que calce en la forma más perfecta posible con la

dinámica propia del proceso en el cual se ha instalado un lazo de control, sea éste

simple o complejo.

Compensación en adelanto.

La compensación en adelanto produce un mejoramiento notable en la

respuesta transitoria y un pequeño cambio en la precisión para el estado estable.

Podría aumentar los efectos del ruido de alta frecuencia. Estos compensadores son

utilizados ampliamente en aplicaciones de control.

La función principal del compensador en adelanto es volver a dar forma a la

curva de respuesta en frecuencia con el fin de ofrecer un ángulo de adelanto de fase

suficiente para compensar el atraso de fase excesivo asociado con los componentes

del sistema fijo.

Compensación en atraso.

La compensación en atraso a diferencia del compensador en adelanto reduce

la velocidad de respuesta con el fin de darle una gran estabilidad al sistema. Este

compensador puede reducir mas no eliminar el error de estado estacionario.

Este compensador trabaja reduciendo la ganancia del sistema compensado

para frecuencias iguales o superiores a las frecuencias características del sistema,

con lo que supuestamente debería trasladar la frecuencia de cruce de ganancia

hacia valores menores. Como el margen de fase se mide a la frecuencia del cruce

de ganancia, y esta se conseguirá reducir, es previsible que dicho margen aumente.

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Tipos de controladores

Los controladores pueden ser de tres tipos: analógico, digital e híbrido en

función del tipo de la señal que use el detector de error, en caso de ser un sistema

en bucle cerrado, o en el regulador en caso de ser un sistema en bucle abierto.

Nótese lo siguiente:

Controles o computadores analógicos: Las variables están

representadas por ecuaciones con cantidades físicas continuas. El proceso

directo de la señal analógica está ligado al uso de amplificadores

operacionales y sus propiedades.

Controladores o computadores digitales: Funcionan con variables

discontinuas codificadas, son utilizados generalmente para la resolución de

problemas referidos al funcionamiento óptimo global de una planta industrial,

la toma de decisiones es una función inherente a los controladores digitales.

Controladores o computadores analógico-digitales: Son los

denominados controladores híbridos, los controles de funcionamiento más

sofisticados suelen ser de este tipo, ya que es probable que tengan que

procesar diversas señales de ambos tipos.

Acciones de control en respuesta del sistema

Casi todos los controladores industriales utilizan como fuente de energía la

electricidad o un fluido presurizado, tal como el aceite o el aire. Los controladores

podrían también clasificarse según el tipo de energía que utilicen 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, precio, peso y tamaño. Pero a continuación se describirán de acuerdo

a sus acciones de control.

1. Control de dos posiciones, de encendido o apagado (On/Off)

Es un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuación tiene

solo dos posiciones fijas que, en muchos casos, son simplemente encendido y

apagado. Este control es relativamente simple y barato, razón por la cual su

aplicación es extendida a usos industriales como domésticos.

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2. Controlador Proporcional

La parte proporcional consiste en el producto entre la señal de error y la

constante proporcional como para que hagan que el error en estado estacionario

sea casi nulo, pero en la mayoría de los casos, estos valores solo serán óptimos en

una determinada porción del rango total de control, siendo distintos los valores

óptimos para cada intervalo de control. Sin embargo, existe también un valor

límite en la constante proporcional a partir del cual se produce una sobre oscilación,

donde el sistema alcanza valores superiores a los deseados.

𝑚(𝑡) = 𝑘. 𝑒(𝑡) → 𝑀(𝑠). 𝐸(𝑠)

3. Controlador Integral.

El modo de control Integral tiene como propósito disminuir y eliminar el error

en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El control integral

actúa cuando hay una desviación entre la variable y el punto de consigna,

integrando esta desviación en el tiempo y sumándola a la acción proporcional.

El error es integrado, lo cual tiene la función de promediarlo o sumarlo por un

período determinado; Luego es multiplicado por una constante I.

El control integral se utiliza para obviar el inconveniente del offset (desviación

permanente de la variable con respecto al punto de consigna) de la banda

proporcional.

𝑚(𝑡) = 𝑘𝑖. ∫ 𝑒(𝑡). 𝑑𝑡𝑡

0

→ 𝑀(𝑠) =𝐾𝑖

𝑠𝐸(𝑠) (𝐶𝐼 = 0)

4. Control Derivativo

La acción derivativa se manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto

del error; (si el error es constante, solamente actúan los modos proporcional e

integral). El error es la desviación existente entre el punto de medida y el valor

consigna, o "Set Point".

La función de la acción derivativa es mantener el error al mínimo corrigiéndolo

proporcionalmente con la misma velocidad que se produce; de esta manera evita

que el error se incremente. Se deriva con respecto al tiempo y se multiplica por una

constante D.

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𝑚(𝑡) = 𝑘𝑑.𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡→ 𝑀(𝑠) = 𝑘𝑑. 𝑠. 𝐸(𝑠)

5. Control Proporcional – Integral

Para mejorarla velocidad de respuesta se suman los tipos de control

proporcional e integral. La acción de control se define mediante:

El tiempo integral da idea del tiempo que tarda la respuesta temporal en

alcanzar el permanente. Además mejora el régimen permanente, ya que el

controlador aumenta el tipo del sistema en bucle abierto dando un efecto similar al

proporcional en el transitorio.

𝑚(𝑡) = 𝑘. 𝑒(𝑡) + 𝑘𝑖 ∫ 𝑒(𝑡). 𝑑𝑡𝑡

0

= 𝑘. [𝑒(𝑡) +1

𝑇𝑖∫ 𝑒(𝑡). 𝑑𝑡

𝑡

0

]

6. Control Proporcional – Derivativo

En este caso, la acción derivativa pretende controlar el sistema “teniendo en

cuenta el futuro” puesto que se toma la derivada del error con respecto del tiempo

(su variación) y se multiplica por una constante. El término derivativo se utiliza para

modificar la respuesta temporal del controlador ante cambios del sistema. De esta

forma, mientras mayor es la variación del error, mayor será la acción de control

derivativa; sin embargo, conforme la derivada del error disminuye (significando que

el error tiende a cero), menor es su acción de control.

La acción de control se define mediante:

La utilidad de este tipo de controlador radica en aumentar la velocidad de

respuesta de un sistema de control, ya que, aunque la velocidad de respuesta

teórica de un controlador proporcional es instantánea, en la práctica no es así.

𝑚(𝑡) = 𝑘. 𝑒(𝑡) + 𝑘𝑑.𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡= 𝑘. [𝑒(𝑡) + 𝑇𝑑.

𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡]

7. Control Proporcional – Integral – Derivativo

Es un mecanismo de control por realimentación que calcula la desviación o

error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una acción

correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de cálculo del control PID se da en

tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor

proporcional determina la reacción del error actual. El integral genera una corrección

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proporcional a la integral del error, esto asegura que aplicando un esfuerzo de

control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero.

El derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce.

Este controlador 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 como desventaja que el bucle de regulación es más propenso a

oscilar y los ajustes son más difíciles de realizar.

𝑚(𝑡) = 𝑘. 𝑒(𝑡) + 𝑘𝑑.𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡+ 𝑘𝑖 ∫ 𝑒(𝑡). 𝑑𝑡

𝑡

0

= 𝑘. [1 + 𝑇𝑑.𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡+

1

𝑇𝑖. ∫ 𝑒(𝑡).𝑑𝑡

𝑡

0

]

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CONCLUSION

Hoy en día, a pesar de la abundancia de sofisticadas herramientas y métodos

avanzados de control, el controlador es aún el más ampliamente utilizado en la

industria moderna, controlando más del 95% de los procesos industriales en lazo

cerrado.

Los controladores son suficientes para resolver el problema de control de

muchas aplicaciones en la industria, particularmente cuando la dinámica del

proceso lo permite (en general procesos que pueden ser descritos por dinámicas de

primer y segundo orden), y los requerimientos de desempeño son modestos

(generalmente limitados a especificaciones del comportamiento del error en estado

estacionario y una rápida respuesta a cambios en la señal de referencia).

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. 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.