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Que es un controlador ?

Dispositivo que compara la referencia R con la salida P, calcula el error E y en base a este aumenta o disminuye su salida Y para influir en la entrada del proceso.

El proceso puede ser afectado por seales de disturbio (U), que alteran la salida P. SEALES Y ACCION DEL CONTROLADOR:

Seales del Controlador:Entrada: E = (R-M)Salida: YVlvula

Proceso

Medidor

P

++

-

M

R

Controlador

+

Y

V

U

E

Seales del Proceso:Entrada: V + USalida: PQu caractersticas tiene un sistema de control eficiente?

Garantizar la estabilidad y, particularmente, ser robusto frente a perturbaciones y errores en los modelos.

Ser tan eficiente como sea posible, segn un criterio prestablecido, normalmente este criterio consiste en que la accin de control sobre las variables de entrada sea realizable, evitando comportamientos bruscos e irreales.

Ser fcil de implementar y cmodo de operar en tiempo real con ayuda de un ordenadorCules son los diferentes tipos decontroladores industriales?

Los controladores industriales se clasifican, de acuerdo con sus acciones de control, como:

De dos posiciones o de encendido y apagado (on/off)

Proporcionales

Integrales

Proporcionales-integrales

Proporcionales-derivativos

Proporcionales-integrales-derivativosCasi todos los controladores industriales emplean como fuente de energa la electricidad o un fluido presurizado, tal como el aceite o el aire.

Los controladores tambin pueden clasificarse, de acuerdo con el tipo de energa que utilizan en su operacin, como neumticos, hidrulicos o electrnicos.

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, precisin, peso y tamao.En que consiste el control de dos posiciones o de encendido y apagado (on/off)?

En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuacin solo tiene dos posiciones fijas, en muchos casos, son simplemente encendido y apagado.

Es relativamente simple y barato, razn por la cual su uso es extendido en sistemas de control tanto industriales como domsticos.

Es comn que stos dispositivos sean elctricos, en cuyo caso se usa extensamente una vlvula elctrica operada por solenoides.

Los controladores neumticos proporcionales con ganancias muy altas funcionan como controladores de dos posiciones y, en ocasiones, se denominan controladores neumticos de dos posiciones

Sistema de control del liquido que es controlado por una accin de control de dos posicionesACCIN DE CONTROL PROPORCIONAL (P)La salida del controlador es proporcional al error, multiplicada por una constante Kp llamada ganancia o constante proporcional.Kpe (t)y (t)Relacin entrada salida: y (t) = Kp. e (t)Aplicando Transformada: Y(S) = Kp. E(S)SPLTLCNIVEL (VARIABLE CONTROLADA)OFFSETERROR PERMITIDOAl evaluar las caractersticas para un sistema de segundo orden con un Controlador P para diferentes valores de Kp y un cambio escaln se aprecia lo siguiente: La salida decrece proporcionalmente con la variable de proceso

La magnitud del error es proporcional a la seal de salida del controlador y por ende al elemento final de control

El sistema se estabiliza cuando Y es igual a P

Existe una desviacin permanente entre P y R llamada OFFSET, la accin proporcional no elimina el error.

El aumento de la ganancia produce la disminucin del error y mejora la velocidad

El aumento reiterado de la ganancia introduce inestabilidad Caractersticas de los controladores P

Esquema de un controlador P mediante un amplificador operacional

ACCIN DE CONTROL INTEGRAL (I) La salida del controlador es proporcional a la integral del error (error acumulado), multiplicada por una constante Ki llamada constante integral.Ki / Se (t)y (t)Relacin entrada salida: y (t) = Ki. e (t) dtAplicando Transformada: Y(S) = Ki. E(S) / SFuncin de transferencia de la Accin Integral : Y(S) = Ki E(S) STiempo Integral: se define como la relacin entre Kp y Ki. Ti = Kp (Min) KiAl evaluar las caractersticas para un sistema de segundo orden con un Controlador P-I e I para diferentes valores de Ki y un cambio escaln de 25%, se aprecia lo siguiente: Se elimina el error el cual tiende a ser cero.

Genera oscilaciones en la respuesta del proceso.

El aumento de Ki (disminucin de Ti) tiende a estabilizar las oscilaciones

El aumento reiterado de Ki hace muy lenta la respuesta del sistema.

La disminucin reiterada de Ti hace que el controlador tienda a P

Caractersticas de los controladores P- I e I

Esquema de un controlador I mediante un amplificador operacional

ACCIN DE CONTROL DERIVATIVALa salida del controlador es proporcional a la derivada del error multiplicada por una constante Kd llamada constante derivativa.Kd . Se (t)y (t)Relacin entrada salida: y (t) = Kd. d [e(t)] / dtAplicando Transformada: Y(S) = Kd. E(S) . SFuncin de transferencia de la Accin Derivativa : Y(S) = Kd . S E(S)Tiempo Derivativo: se define como el producto de Kp por Kd. Td = Kp. Kd (Min)Al evaluar las caractersticas para un sistema de segundo orden con un Controlador P-I-D y P-D para diferentes valores de Kd y un cambio escaln de 25%, se aprecia lo siguiente: Mantiene ciertas caractersticas de las acciones P e I.

Un leve aumento de Kd o Td permite suavizar las oscilaciones de Ti.

Un leve aumento de Kd o Td permite mejorar el tiempo de respuesta.

El aumento de Kd tiende a retardar el proceso

La disminucin reiterada de Kd hace que el controlador se vuelva I

Caractersticas de los controladores P- I - D y P- D

Esquema de un controlador D mediante un amplificador operacional

TIPOS DE CONTROLADORESKd . SProceso

Medidor

P

+-

M

R

E

Ki / SKpY

P = Kp (Controlador P)PI = Kp + Ki /S (Controlador PI) o PI = Kp ( 1 + 1 / TiS)PID = Kp + Ki /S + Kd.S (Controlador PID) o PID = Kp ( 1 + 1 / TiS + Td.S)PI = Kp ( 1 + 1 / TiS) Variables Rpidas como ELCTRICASPID = Kp ( 1 + 1 / TiS + Td.S) Variables Lentas como TEMPERATURACONTROLADORES Y VARIABLES DE PROCESOSOTRAS VARIABLES:

NIVEL: Su rapidez depende del rea, a mayor rea la variable es mas lenta

PRESIN: Su rapidez depende el dimetro, a mayor dimetro la variable es mas lenta.

FLUJO: Su rapidez depende del elemento final de control (Vlvula)