Controlador PID

Introducción al Controlador PID

¿Qué es un sistema de control?

• Un sistema de control es un conjunto de dispositivos que dirigen el comportamiento de otros para mantener valores deseados.

• Se aplican en diversas situaciones, desde controlar la temperatura de una nevera hasta procesos industriales complejos.

Ejemplo práctico: Horno casero

• En un horno, el usuario establece una temperatura (ej. 175°C), y el sistema debe mantenerla.

• El proceso incluye cuatro pasos: sensor, transmisor, controlador y actuador.

Componentes del Sistema de Control

Funcionamiento del controlador

• El sensor mide la variable (temperatura), el transmisor convierte la señal física a eléctrica, y el controlador corrige errores entre el valor deseado y medido.

• Si hay un error (ej. 150°C), el controlador ajusta la resistencia del horno para alcanzar la temperatura deseada.

Tipos de controladores

• Existen diferentes tipos: controladores On/Off y PID. Este video se centrará en los PID.

Controladores On/Off

Características del controlador On/Off

• Es simple, con solo dos estados: abierto (100%) o cerrado (0%).

• Ideal para sistemas donde no se requiere alta precisión; oscila alrededor del valor deseado.

Ejemplo práctico: Tanque de agua

• Controla una válvula que llena un tanque a 10 litros; se abre completamente si está vacío y se cierra al alcanzar el nivel deseado.

Ventajas y desventajas

• Ventajas incluyen simplicidad y rapidez en alcanzar valores deseados; desventajas son oscilaciones constantes e imprecisión en mantenimiento del valor.

Controlador PID

Funcionamiento básico

• El controlador PID ajusta gradualmente los valores mediante tres parámetros: proporcional (Kp), integral (Ki), derivativo (Kd).

Componentes del controlador PID

• La parte proporcional provoca oscilaciones, la integral corrige offsets, y la derivativa minimiza oscilaciones linealizando curvas.

Tipos dentro del PID

• Se divide en tres tipos: P (solo Kp), PI (Kp + Ki), y PID (Kp + Ki + Kd).

Detalles sobre el Controlador Proporcional

Comportamiento del controlador proporcional

Control PID y Oscilaciones en Procesos

Introducción a las oscilaciones en el control de procesos

• Un cambio significativo en la apertura del actuador puede causar oscilaciones notables, mientras que un valor pequeño de K no generará estas oscilaciones, pero tampoco alcanzará el valor deseado debido a las pérdidas constantes de energía del proceso.

• Por ejemplo, si se desea mantener una temperatura de 175 °C con un error de 20 °C y una capacidad de 10, cada grado de error abrirá el actuador al 10%, provocando muchas oscilaciones.

Solución mediante Control PID

• El control PID (Proporcional, Integral y Derivativo) ayuda a superar errores constantes. La parte integral suma los errores acumulados y proporciona la energía necesaria para alcanzar el valor deseado.

• Un valor pequeño para la constante integral (ci) resultará en una respuesta lenta para corregir errores acumulativos, mientras que un valor grande causará oscilaciones excesivas.

Importancia de la Sintonización

• La parte derivativa del controlador PID ayuda a linealizar el proceso y reducir las oscilaciones. La dificultad principal radica en encontrar parámetros adecuados para evitar tanto oscilaciones como errores estacionarios.

• Muchos controladores PID incluyen sistemas automáticos de sintonización que proporcionan parámetros iniciales útiles, aunque no siempre son óptimos. Se recomienda ajustar estos parámetros solo por expertos.

Objetivos de la Sintonización

• Los objetivos principales al buscar buenos parámetros son minimizar el error, reducir las oscilaciones y maximizar el tiempo de respuesta del proceso.

Métodos de Sintonización

Sintonía Manual

• Este método implica ajustar los parámetros kp, ki y kd hasta lograr que el sistema oscile continuamente alrededor del valor deseado. Se comienza con valores pequeños y se ajustan progresivamente.

Método Ziegler-Nichols

• En este método se observa el periodo entre las oscilaciones constantes tras establecer ki y kd en cero. Luego se incrementa kc hasta observar la oscilación establecida.

Curva Respuesta