Fundamentos y Modos de Acción de los Controladores PID en Procesos Industriales

Modos de Acción de Control en Sistemas de Automatización

Control Todo/Nada (On/Off)

La válvula tiene únicamente dos posiciones: abierto o cerrado, para un único valor de la variable. Actúa indistintamente de la magnitud del error, solo si hay o no error.

Tipos de Control Todo/Nada:

• Ideal
• Histéresis
• Banda Muerta

Control Flotante

Es un sistema de control de velocidad en el que el elemento final de control opera a una velocidad única, independientemente de la desviación. La válvula se mantiene inactiva dentro de unos límites y actúa únicamente cuando estos son rebasados.

Acción Proporcional (P)

Existe una relación lineal entre la variable controlada y la posición del elemento final de control.

Ventajas e Inconvenientes:

• Ventajas: Simplicidad, estabilidad, velocidad de respuesta.
• Inconvenientes: Offset y Overshoot.

Ajustes de la Acción Proporcional:

1. Factor K (Sensibilidad): Sensibilidad de la válvula con respecto al error.
2. Factor M (Posición/BIAS): Posición de la válvula (reset manual o BIAS).

Grados de Ajuste:

• $K_P$ (Ganancia Proporcional): Es la relación lineal entre la señal de salida y el error.
• $B_P$ (Banda Proporcional): Inversa de $K_P$. Es el porcentaje de la variable controlada necesaria para una carrera completa del elemento final de control.

Acción Integral (I)

Es una acción lenta, a la que le cuesta arrancar al principio. Generalmente no se utiliza sola, sino acompañada de la Acción Proporcional (AP) para darle rapidez al sistema. La acción integral depende del tiempo, por lo que la velocidad de cambio de la salida será proporcional al error (a mayor error, mayor velocidad).

Parámetros de Ajuste:

• $K_i$ (Ganancia Integral)
• $T_i$ (Tiempo Integral): Es el tiempo que tarda la señal de salida en alcanzar el Set Point (SP).

Ventajas e Inconvenientes:

• Ventajas: Eliminación del offset, utilizada en el 90% de los sistemas, hace innecesario el uso del BIAS.
• Inconveniente: Reset Windup. Ocurre cuando el error disminuye, pero la acción integral sigue aumentando, llegando a alcanzar la saturación integral.

Acción Derivativa (D)

Anticipa el efecto de la Acción Proporcional (AP), estabilizando más rápidamente la variable después de una perturbación. Su objetivo es corregir el error proporcionalmente con la misma velocidad con la que se produce. Siempre debe ir acompañada de la AP.

Parámetros de Ajuste:

• $K_D$ (Ganancia Derivativa)
• $T_D$ (Tiempo Derivativo): Es el tiempo de predicción del error. A mayor $T_D$, mayor respuesta relativa.

Ventajas e Inconvenientes:

• Ventajas: No cambia el orden del sistema, proporciona mayor amortiguamiento y robustez a sistemas de 2º orden, respuesta rápida al principio y lenta al final, anticipa el error, estabiliza la respuesta en bucle cerrado.
• Inconvenientes: No es adecuada para procesos con grandes retardos y tiempos muertos, es incontrolable por el ruido.