Modelos de controladores: acciones P, I, D, PID y resistencias pull-up y pull-down

Resumen

El documento describe los principales modelos de controladores usados en automatización: control todo o nada, acciones proporcional, integral y derivativa, y el control PID que combina las tres. También explica el funcionamiento de las resistencias pull-up y pull-down en las entradas digitales. Permite entender las ventajas y limitaciones de cada tipo de control.

Puntos clave

El control todo o nada enciende o detiene el proceso al alcanzar la referencia, produce una salida oscilante y es simple pero poco preciso.
La acción proporcional produce una respuesta rápida ante pequeñas desviaciones, pero no corrige el OFFSET y requiere reajuste manual del punto de consigna.
La acción integral mantiene la acción correctora y elimina el OFFSET, aunque puede provocar inestabilidad en el sistema.
La acción derivativa es proporcional a la velocidad de variación de la señal de error y no actúa si la señal medida es constante.
El control PID combina P, I y D, reduce las oscilaciones, corrige el OFFSET y compensa cambios rápidos; el usuario ajusta sus tres constantes.
En una resistencia pull-down la resistencia va a masa y la entrada queda a 0 V en reposo; en una pull-up va a la fuente y la entrada queda a 5 V en reposo.

Ponte a prueba

Modelos de Controladores: Una Visión Detallada

En el mundo de la automatización y la ingeniería de control, los controladores juegan un papel fundamental. A continuación, exploraremos los diferentes modelos de controladores y sus características principales:

Control Todo o Nada

No utiliza reguladores.
Enciende o detiene el proceso cuando alcanza un valor de referencia.
Produce una salida oscilante.
Es simple, económico y poco preciso.
Se utiliza en sistemas sencillos.

Acción Proporcional (P)

La acción de control (C) es proporcional a la señal de error.
Existe una señal de error (ε) que activa la señal de control.
Ofrece una respuesta fuerte y rápida ante pequeñas desviaciones de la señal de error.
No es capaz de corregir la desviación OFFSET.
Tarda más tiempo en estabilizarse.
Requiere el reajuste manual del punto de consigna.

Acción Integral (I)

La velocidad de la acción de control es proporcional a la señal de error.
La señal de control varía en función del error y del tiempo que se mantiene el error.
Presenta una respuesta lenta y progresiva al inicio.
Mantiene la acción correctora.
Puede provocar inestabilidad en el sistema.

Acción Derivativa (D)

La acción de control es proporcional a la velocidad con la que cambia la señal de error.
Si la señal medida es constante, no hay acción derivativa.
Si la señal de error se produce de manera instantánea, la velocidad de variación es infinita.

Control PID

Combina las tres acciones anteriores (P, I, D).
Reduce las oscilaciones del régimen transitorio (P).
Corrige el OFFSET automáticamente (I).
Compensa los cambios de señal de control (D).
El usuario ajusta las tres constantes para optimizar el control PID.
Los controles PID a menudo incluyen un sistema de autoajuste.

Resistencias Pull-up y Pull-down

Resistencia Pull-down

La resistencia se conecta a masa. Cuando el pulsador está cerrado, la resistencia de la línea que va a la entrada es mucho menor que la de la línea que va a masa, por lo tanto, la tensión de la entrada es prácticamente 5 V. Por el contrario, al abrir el pulsador, el pin queda todavía conectado a tierra; cualquier carga que pueda haber se descarga a través de la resistencia y el pin queda a 0 V.

Resistencia Pull-up

La resistencia se conecta a la fuente de voltaje. Cuando el pulsador está cerrado, la línea de tierra tiene una resistencia nula, el pin de entrada se descarga a masa y se pone a 0 V. Al abrir el pulsador, la entrada se deriva a la fuente a través de la resistencia, por lo tanto, el voltaje sube a 5 V.

Preguntas frecuentes

¿Qué ventaja tiene el control PID frente al control proporcional?

El control PID reduce las oscilaciones del régimen transitorio gracias a la acción P, corrige automáticamente el OFFSET mediante la acción I y compensa los cambios de la señal de control con la acción D.

¿Para qué sirve una resistencia pull-up?

Conecta la entrada a la fuente de voltaje para que quede a nivel alto cuando el pulsador está abierto. Al cerrarlo, la entrada se descarga a masa y pasa a 0 V.

¿Por qué la acción proporcional no corrige el OFFSET?

Porque la acción proporcional solo responde a la magnitud del error en cada instante y, si el error se mantiene, no genera una corrección que lo elimine por completo.