Controladores PID: Proporcional, Integral y Derivativo
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Controladores: Proporcional, Integral y Derivativo
En un sistema de control y regulación podemos distinguir los siguientes elementos: transductores y captadores, comparadores o detectores de error, elementos de control y regulación, y elementos finales o actuadores. El controlador es el cerebro de un bucle de control, y es el encargado de comparar una variable física con el valor deseado, interpretar el error o desviación y actuar para intentar anular dicho error. Mientras que la variable a controlar se mantenga en el valor previsto, el controlador no actuará sobre los elementos finales. Si la variable a controlar se aparta del valor establecido, el controlador modifica la señal para actuar sobre los elementos finales, en el sentido de corregir dicha modificación, hasta que la variable controlada vuelva al valor prefijado.
Una gran parte de los controladores utilizados desde hace tiempo elaboran la señal de mando a través de un tratamiento de la señal de error entre la señal de referencia y la señal de salida. Este tratamiento consiste en la amplificación del error, su derivada respecto al tiempo o su integración a lo largo del mismo, dando lugar a las acciones denominadas: proporcional, derivativa e integral. Los reguladores realizan una de estas acciones: proporcional, combinación de dos de ellas, o las tres.
Controlador de Acción Proporcional
Cuando en un control proporcional se presenta una desviación entre el punto de consigna y el valor real, el elemento final se modifica en una cantidad proporcional al error. Si el error es pequeño, el controlador originará un pequeño cambio a la salida. Por el contrario, si la señal de error es grande, producirá un cambio también grande a la salida. La función de transferencia de un regulador proporcional es la siguiente: G(s) = Kp. Produciendo una desviación permanente llamada OFFSET.
Controlador de Acción Integral
La señal de salida varía en función de la desviación y el tiempo en que este se mantiene. En el controlador de acción integral, la salida irá modificándose mientras se mantiene la desviación. En la práctica no existen controladores que tengan solo acción integral, sino que llevan también una acción proporcional [PI] que actúa al aparecer el error. Estas dos acciones se complementan. La primera en actuar es la proporcional, que lo hace instantáneamente, mientras que la integral actúa durante un intervalo de tiempo. De este modo, y por medio de la acción integral, eliminamos la desviación residual permanente u OFFSET que era el principal inconveniente de la acción proporcional. La función de transferencia de un regulador de acción integral es la siguiente: G(s) = Kp (1 + 1/ti s).
Controlador de Acción Derivativa o Acción Diferencial
En estos controladores, la salida ha de cambiar proporcionalmente a la variación del error: Sd = td dM/dt. La acción derivativa se opone a las desviaciones con una acción que es proporcional a la rapidez de las mismas. Al igual que la acción integral, no se puede emplear sola, va unida siempre a una acción proporcional, o a una proporcional más integral. La función de transferencia de un regulador de acción derivativa es la siguiente: G(s) = Kp (1 + td s). También es una acción de tipo anticipativo, es decir, proporciona una acción de control adecuada para evitar una sobreoscilación (error) antes de que tenga lugar.