Fundamentos de Control PID: Comportamiento y Ajuste de Parámetros

1. Control On-Off

a) La salida solo tiene dos estados posibles: ON y OFF. El PV (Variable de Proceso) alcanzará el SP (Setpoint) con la salida en ON y lo superará por encima en 5 unidades. La salida cambiará a OFF hasta que el PV baje 5 unidades por debajo del SP. Este ciclo ON-OFF se repetirá constantemente.

b) Ventaja: Sin histéresis, o con un valor muy bajo, el PV se mantendrá más cerca del SP.

Inconveniente: La salida del regulador cambiará mucho más rápido; si fuera un elemento mecánico, tendría un alto desgaste.

2. Controlador Proporcional (P)

a) El controlador proporcional mide el error entre el SP y el PV mediante la diferencia entre ambos. Este error se multiplica por la ganancia proporcional (Kp) y el resultado es la salida.

• Ventaja: Su velocidad; podemos ajustarlo para acercarnos muy rápido al SP.
• Inconveniente: Incluso debidamente ajustado, no llega a alcanzar el SP; se estabiliza antes de llegar, produciendo una diferencia llamada offset.

Gráfica: Si aumentamos mucho la Kp, el PV comenzará a oscilar.

A menor banda proporcional, mayor es la Kp y, por tanto, la acción proporcional; el PV se estabiliza más cerca del SP, reduciendo el valor de offset.

3. Controlador Integral (I)

a) El controlador integral tiene en cuenta los valores anteriores al momento actual, lo que nos ayuda a alcanzar el SP. A menor tiempo integral (Ti), mayor es la acción integral.

• Ventaja: Nos permite alcanzar el setpoint.
• Inconveniente: Con una acción muy grande, puede provocar oscilaciones. Además, necesita que exista un error para que funcione.

Gráfica: En todos los casos el PV alcanza el SP. Cuando el Ti es muy reducido (mayor acción integral), se puede superar el SP y generar oscilaciones; con un Ti alto, se alcanza el SP más tarde.

4. Controlador Derivativo (D)

a) El controlador derivativo se adelanta a los futuros errores teniendo en cuenta la velocidad de cambio del error. A mayor TD, mayor es la acción derivativa.

• Ventaja: Disminuye las oscilaciones al aumentar la acción derivativa.
• Desventaja: El ruido afecta a la saturación.

Gráfica: Con poca acción derivativa aún pueden haber oscilaciones; con demasiada acción derivativa, evitamos por completo las oscilaciones, pero también tardamos más en alcanzar el SP.

5. Resumen de Parámetros

La Kp afecta a toda la ecuación y es con la que alcanzamos rápidamente la zona cercana al SP.

El tiempo integral actúa de forma inversa: a menor Ti, mayor acción integral. Su comportamiento es contrario al tiempo derivativo.