modos de control ieee

8/4/2019 Modos de Control Ieee

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Sistemas De Control Primer Tema

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELADE INGENIERAS ELCTRICA, ELECTRNICAYDE TELECOMUNICACIONES

Perfecta Combinacin entre Energa e Intelecto

Resumen En este trabajo se realiza una introduccin a los diversos y mas importantes tipos de control de acuerdo a

como estos corrigen el error, entre ellos se puede encontrar el On-Off, el P, el PI, el PD, y el PID los cuales se adaptan

al control de los diferentes sistemas utilizados en la actualidad.

I. INTRODUCCION

Desde el punto de vista de la teora de control, un sistema o proceso est formado por un conjunto de

elementos relacionados entre s que ofrecen seales de salida en funcin de seales o datos de entrada.

Es importante resaltar el hecho de que no es necesario conocer el funcionamiento interno, o cmo actan

entre s los diversos elementos, para caracterizar el sistema. Para ello, slo se precisa conocer la relacin

que existe entre la entrada y la salida del proceso que realiza el mismo (principio de caja negra). El aspecto

ms importante de un sistema es el conocimiento de su dinmica, es decir, cmo se comporta la seal de

salida frente a una variacin de la seal de entrada. Un conocimiento preciso de la relacin entrada/salida

permite predecir la respuesta del sistema y seleccionar la accin de control adecuada para mejorarla. De

esta manera, el diseador, conociendo cul es la dinmica deseada, ajustar la accin de control para

conseguir el objetivo final frente a perturbaciones externas del sistema.

En vista de todo lo expuesto, se puede definir un sistema de control como el conjunto de elementos que

interactan para conseguir que la salida de un proceso se comporte tal y como se desea, mediante una

accin de control.

II. MODOS DE CONTROL

MODOS DE CONTROL

(Noviembre 2007)Daniel Bernal Yhama 2040499

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Un controlador es un sistema de control que, mediante un actuador, es capaz de mantener una variable o

proceso en un punto deseado dentro de un rango estimado. A continuacin se describen los modos ms

comunes de control automtico utilizados en la actualidad.

1. CONTROL ON-OFF

Este es el tipo de regulacin mas simple y econmica, muy til en muchas aplicaciones en las que puede

admitirse una oscilacin continua entre dos puntos, siempre y cuando se refiera a procesos de largo tiempo

de evolucin. Como ejemplos se pueden referenciar sistemas como el de regulacin de nivel, de presin o

de temperatura (como el de una nevera).

Con respecto a un sistema de temperatura puede verse la figura 3 en la cual se muestra la variacin de

temperatura con respecto al tiempo usando un controlador On OFF.

El modelo que relaciona a este modo de control se muestra en la figura. 1

Figura 1 Modelo Controlador On-Of

Figura 2Funcin que describe el controlador.

e(t) Controlador

ON-OFF

u(t)

U(t

)

U1

Para e(t) > 0

U2

Para e(t) < 0

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Figura 3 Repuesta del sistema (temperatura) usando control On off en un refrigerador.

2. CONTROL PROPORCIONAL (P)

Es un tipo de controlador bastante simple es esencialmente un amplificador con ganancia ajustable en el

cual el controlador produce una seal de salida proporcional al error de acuerdo a un setpoint establecido.

Con un control proporcional, la respuesta del sistema se mantendr cerca del setpoint. Se obtendrn

diferentes respuestas en funcin de la banda proporcional (B) del controlador como se observa en la

figura 4.

Figura 4 Variacin de la respuesta del sistema en funcion de B por medio del uso de un controladorproporcional P.

Temp.

Ref.

Tiempo

Control

ON

OFF

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Entre las ventajas de este tipo de accin de control destacan: su simplicidad, proporciona buena estabilidad,

responde muy rpido y dinmicamente es relativamente estable.

Por el contrario, la accin proporcional tiene dos desventajas:

a) Offset: este es la diferencia entre el set point y el nuevo estado estable y es debido a que la accin

de control es proporcional al error.

b) Overshoot: causado por el tiempo significante de oscilacin.

3. MODO DE CONTROL PROPORCIONAL + INTEGRAL (PI).

Este modo de control busca evitar algunos de los inconvenientes expuestos anteriormente tiene como

propsito disminuir y eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional.

El error es integrado, lo cual tiene la funcin de promediarlo o sumarlo por un periodo de tiempo

determinado; Luego es multiplicado por una constante I. I representa la constante de integracin.

Posteriormente, la respuesta integral es adicionada al modo Proporcional para formar el control P + I con el

propsito de obtener una respuesta estable del sistema sin error estacionario.

Esta accin tiende a eliminar el offset como se observa en la Figura 4, pero se obtiene una mayor

desviacin del setpoint, la respuesta es ms lenta y el periodo de oscilacin es mayor que en el caso de la

accin proporcional.

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Figura 5 Comparacin de la respuesta del sistema de un Controlador PI y un P.

Acerca de este tipo de controlador podemos mencionar que:

Tiene dos parmetros ajustables: la ganancia o banda proporcional y el tiempo integral ( reset time reset

rate).

Se caracteriza como porque el modo integral permite eliminar el offset.

Cerca del 80% de todos los controladores en uso son de este tipo.

4. MODO DE CONTROL PROPORCIONAL + DERIVATIVO (PD).

De las graficas anteriores se puede ver que al incrementar la ganancia proporcional, no mejora el

comportamiento del sistema. Para ganancias grandes, se lleva al sistema rpidamente al valor de referencia,

pero an se tienen sobretiros y oscilaciones.

La solucin es agregar al algoritmo de control un trmino que permita corregir el efecto del momento del

sistema, cuando se esta moviendo hacia el valor de referencia.

Donde:

h(t),

(m)

(Setpoint)6.0

offset

t=0t=t

f

t

P

PI

5

V KpE KddE

dt


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E = Valor de referencia - lectura del sensor, es el error

Kp es la constante del trmino proporcional

Kd es la constante del trmino derivativo

dE/dt es la derivada del error

5. MODO DE CONTROL PROPORCIONAL + INTEGRAL + DERIVATIVO (PID).

El algoritmo de control ms ampliamente extendido es el PID, pero existen muchos otros mtodos que

pueden dar un control de mayor calidad en ciertas situaciones donde el PID no responde a la perfeccin. El

PID da buenos resultados en la inmensa mayora de casos y tal vez es por esta razn que goza de tanta

popularidad frente a otros reguladores tericamente mejores. Los diseadores de software de regulacin

pretenden que programar los nuevos sistemas de control sea tan fcil y familiar como el PID, lo que

posibilitara una transicin sin dificultades.

Sea cual sea la tecnologa de control, el error de regulacin es la base a partir de la cual acta el PID y se

intuye que cuanto ms precisa sea la medida, mejor se podr controlar la variable en cuestin. Esta es la

razn por la que el sensor es el elemento crtico del sistema. Tambin se debe pensar en la instalacin,

especialmente en la forma en que se transmiten los datos del sensor hacia el regulador y posibles fuentes de

interferencias.

Un regulador proporcional-integral-derivativo o PID tiene en cuenta el error, la integral del error y la

derivada del error. La accin de control se calcula multiplicando los tres valores por una constante y

sumando los resultados. Los valores de las constantes, que reciben el nombre de constante proporcional,

integral y derivativa, definen el comportamiento del regulador.

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Los controladores PID se recomiendan para procesos lentos: Aquellos con mltiples constantes de tiempo o

tiempos muertos.

En resumen los controladores PID tienen tres parmetros para ajustarlos: la ganancia o banda proporcional,

el tiempo integral (reset time) y el tiempo derivativo (rate time). Se recomiendan para procesos libres de

ruido. Como se explico en el apartado anterior el modo derivativo provee la capacidad al controlador de

anticiparse

III. CONCLUSIONES

La eleccin del controlador para un sistema es fundamental para su funcionamiento pues cada tipo de controlador tiene sus

ventajas y desventajas, sus fortalezas y sus falencias para diferentes aplicaciones, como por ejemplo no seria posible usar un

controlador PID para un compresor de una nevera pues este se quemara pues en su diseo no esta contemplado una variacin

grande de tensin de entrada, as mismo intentar implementarlo seria demasiado costoso y para el uso de un refrigerador

obtener una temperatura de alta precisin no redunda en una gran ventaja mientras que los costos si se incrementaran en

grandes proporciones.

IV. REFERENCIAS

[1] Sucar, L. Enrique. Robtica Inteligente Tema 7: Control[2] Guinarte Jorge. El control PID "Citega Soluciones Tecnolgicas".[3] Colaboradores de Wikipedia. Electrnica de control [Internet]. Wikipedia, La enciclopedia libre;2007 oct 27, 20:39 UTC [cited 2007 nov 5].[4] http://www.usuario.com/informacion/Apuntes-De-Control-Pid/Apuntes%20De%20Control%20Pid-24.html, Apuntes de control PID

[5] http://www.sc.ehu.es/iawfemaf/archivos/materia/practicas/2Int.htm, Control de temperatura de unreactor.[6] http://es.geocities.com/jeeesusmeeerino/procesos/tipos/tipos.html, Tipos de control[7] UIS Escuela de Ingeniera Elctrica Electrnica y Telecomunicaciones. Material de SoporteAsignatura Sistemas de control.[8] http://www.edicionsupc.es/ftppublic/pdfmostra/EE00301M.pdf, Introduccin a los Sistemas deControl, los autores, 2000; Edicions UPC, 2000

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