Controlador PID
Los controladores PI son particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la acción de control.
Su objetivo era lograr estabilidad, y no control general, lo cual simplificó el problema significativamente.
Finalmente, debido a la resistencia del personal, la Armada no adoptó este sistema.
Un ejemplo muy sencillo que ilustra la funcionalidad básica de un PID es cuando una persona entra a una ducha.
Inicialmente, abre la llave de agua caliente para aumentar la temperatura hasta un valor aceptable (también llamado setpoint).
Para hacer posible esta compatibilidad y que, a su vez, la señal pueda ser entendida por un humano, habrá que establecer algún tipo de interfaz (HMI-Human Machine Interface), son pantallas de gran valor visual y fácil manejo que se usan para hacer más intuitivo el control de un proceso.
La señal resultante de la suma de estas tres se llama variable manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador, sino que debe ser transformada para ser compatible con el actuador utilizado.
La parte proporcional consiste en el producto entre la señal de error y la constante proporcional para lograr que el error en estado estacionario se aproxime a cero, 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 porción del rango.
es el tiempo o tiempo instantáneo(el actual), El error, la banda proporcional y la posición inicial del elemento final de control se expresan en tanto por uno.
Nos indicará la posición que pasará a ocupar el elemento final de control.
El error es integrado, lo cual tiene la función de promediarlo o sumarlo por un período determinado; Luego es multiplicado por una constante Ki.
Es el tiempo en que delante una señal en escalón, el elemento final de control repite el mismo movimiento correspondiente a la acción proporcional.
La acción derivada puede ayudar a disminuir el rebasamiento de la variable durante el arranque del proceso.
La señal P mueve la válvula siguiendo fielmente los cambios de temperatura multiplicados por la ganancia.
Ki constante de integración: indica la velocidad con la que se repite la acción proporcional.
El valor indicado por la constante de derivación es el lapso durante el cual se manifestará la acción proporcional correspondiente a 2 veces el error y después desaparecerá.
La acción integral sirve para reducir el error estacionario, que existiría siempre si la constante Ki fuera nula.
Si los parámetros del controlador PID (la ganancia del proporcional, integral y derivativo) se eligen incorrectamente, el proceso a controlar puede ser inestable, por ejemplo, que la salida de este varíe, con o sin oscilación, y está limitada solo por saturación o rotura mecánica.
A continuación, incremente P hasta que la salida del lazo oscile.
Finalmente, incremente D, si se necesita, hasta que el lazo sea lo suficientemente rápido para alcanzar su referencia tras una variación brusca de la carga.
El método de Ziegler-Nichols permite realizar un ensayo sobre el sistema a controlar y a partir de ese ensayo se calculan los parámetros del PID necesarios para conseguir una buena respuesta rápida y con poco sobrepulso.
El controlador PID puede ser usado principalmente para responder a cualquier diferencia o "error" que quede entre el setpoint y el valor actual del proceso.
Si se usa un lazo PID para controlar la velocidad de la carga y manejar la fuerza o torque necesaria para el motor, puede ser útil tomar el valor de aceleración instantánea deseada para la carga, y agregarla a la salida del controlador PID.
Esto significa que sin importar si la carga está siendo acelerada o desacelerada, una cantidad proporcional de fuerza está siendo manejada por el motor además del valor de realimentación del PID.
Trabajando juntos, la combinación avanacción-realimentación provee un sistema más confiable y estable.
Generalmente un Filtro pasa bajo ayuda, ya que elimina las componentes de alta frecuencia del ruido.
Sin embargo, un FPB y un control derivativo pueden hacer que se anulen entre ellos.
El P, PI o PID irá controlando la variable (en este caso la temperatura).
Un control P daría directamente una respuesta a cada variación intentando compensar el error, inmediatamente, como esto no es práctico se añade la parte Derivativa (D), donde esta parte del control se dedica a compensar las variaciones "suavizándolas" y permitiendo un espacio temporal-longitudinal entre los espacios y las respuestas del control, en dicho caso al no poder reaccionar de la misma manera, no sea alcanza a compensar el error generando un "offset", finalmente se añadirá una parte Integral al control (I), dotándole de la facilidad de ajustar las variaciones entre respuestas al error, minimizando entre respuestas el "offset" generado.
Ingeniería de control moderna [Miguel Ángel Martínez Sarmiento] (en inglés) (Tercera edición).
