¿Qué es un controlador PID?

Es un sistema de regulación que combina las acciones proporcional, integral y derivativa. Aprovecha las ventajas de cada una: el PI actúa cuando la señal varía lentamente y el PD cuando el error varía rápidamente.

¿Cuál es la diferencia entre realimentación positiva y negativa?

La realimentación positiva se conecta a la entrada no inversora y genera circuitos inestables que se saturan. La negativa se conecta a la entrada inversora, reduce la ganancia y hace el circuito más estable.

¿Cuáles son las desventajas del controlador PID?

Es muy propenso a oscilar y sus ajustes son difíciles de realizar, aunque ofrece respuesta rápida y compensación inmediata ante perturbaciones.

Controladores PID y amplificadores operacionales: resumen de sistemas de control industrial

Resumen

El documento describe qué es un controlador industrial y cómo se clasifica según sus acciones de control: on/off, proporcional, integral, PI, PD y PID. Explica las ventajas y desventajas de cada tipo. También presenta el amplificador operacional, sus tipos y sus características ideal y real, junto con la realimentación positiva y negativa.

Puntos clave

Un controlador industrial detecta y corrige el error entre el set point y el valor medido del parámetro a controlar.
El controlador P genera una señal proporcional al error, pero deja un error remanente.
El controlador I actúa en función de la integral del error, con una respuesta inicial muy lenta.
El PID combina las ventajas de P, I y D: respuesta rápida y compensación de perturbaciones, aunque es propenso a oscilar y difícil de ajustar.
Un amplificador operacional ideal tiene impedancia de entrada infinita, ganancia en bucle abierto infinita e impedancia de salida nula.
En el u741 real, la impedancia de entrada es de 100 MΩ, la ganancia en bucle abierto de 100.000 y la impedancia de salida de 40 Ω.
La realimentación negativa (a la entrada inversora) reduce la ganancia y aumenta la estabilidad; la positiva (a la no inversora) genera inestabilidad y saturación.

Ponte a prueba

Definición de Controlador Industrial

Instrumento diseñado para detectar y corregir los errores producidos al comparar y computar el valor de referencia o set point con el valor medido del parámetro más importante a controlar en el proceso.

Clasificación de Controladores Industriales

De acuerdo con sus acciones de control, los controladores industriales se clasifican en:

De dos posiciones o de encendido y apagado (On/Off)
Proporcionales (P)
Integrales (I)
Proporcionales-Integrales (PI)
Proporcionales-Derivativos (PD)
Proporcionales-Integrales-Derivativos (PID)

Controladores Proporcionales (P)

La señal de accionamiento es proporcional a la señal de error del sistema. La señal de error es la que se obtiene en la salida del comparador entre la señal de referencia y la señal de realimentación. Presentan una respuesta con cierto error remanente, incapaces de compensar completamente.

Controladores Integrales (I)

En estos controladores, el valor de la acción de control es proporcional a la integral de la señal de error. Por lo tanto, en este tipo de control, la acción varía en función de la desviación de la salida y del tiempo en el que se mantiene esta desviación. Inconveniente: la respuesta inicial es muy lenta.

Controladores Proporcionales-Integrales (PI)

No existen controladores que actúen únicamente con acción integral; siempre lo hacen en combinación con reguladores de acción proporcional. Primero entra en acción el regulador P, que es instantáneo, mientras que el integral actúa pasado un tiempo. La respuesta de un PI es la suma de las respuestas P + I.

Controladores Proporcionales-Derivativos (PD)

El controlador derivativo se opone a desviaciones de la señal de entrada, con una respuesta que es proporcional a la rapidez con que se producen estas. Si la entrada es constante, el regulador D no actúa. Cuando las modificaciones son instantáneas, la velocidad de variación es muy elevada.

Controladores Proporcionales-Integrales-Derivativos (PID)

Es un sistema de regulación que trata de aprovechar las ventajas de cada uno de los controladores de acciones básicas. Si la señal varía lentamente, actúa el PI. Si la señal de error varía rápidamente, actúa el PD.

Ventaja: Respuesta rápida y compensación de error inmediata en el caso de perturbaciones.
Desventaja: Muy propenso a oscilar y con ajustes difíciles.

Definición de Amplificador Operacional (AO)

Dispositivo que realiza operaciones matemáticas (suma, resta, división, multiplicación, lógicas, comparadores) de manera analógica. También realiza funciones como filtros, amplificadores, osciladores, conversores, adaptadores de impedancia, etc.

Tipos de Amplificadores Operacionales

Amplificador Sumador
Amplificador Inversor
Amplificador No Inversor
Amplificador Divisor
Amplificador Diferencial
Amplificador Integrador
Amplificador Derivador
Amplificador Comparador

Características del Amplificador Operacional Ideal

Impedancia de entrada (Zi) infinita.
Ganancia en bucle abierto (Avo) infinita para la entrada diferencial.
Ganancia nula para la señal en modo común.
Impedancia de salida (Zo) nula.
Ancho de banda (WD) infinito.
Ausencia de desviación de características con la temperatura.

Características del Amplificador Operacional Real (u741)

Zi = 100 MΩ
Avo = 100,000
Zo = 40 Ω
WD = [1 Hz, 1 MHz]

Realimentación en Sistemas de Control

Consiste en conectar o inyectar una señal de la salida con alguna de las entradas. Es decir, una muestra de tensión o corriente en algún punto de la salida que se lleva a la entrada.

Realimentación Positiva

Se produce cuando la realimentación se hace a la entrada no inversora. Genera circuitos inestables, donde rápidamente la salida se satura a los valores máximos o mínimos (tensiones de alimentación).

Realimentación Negativa

Se produce cuando la realimentación se hace a la entrada inversora. La ganancia se reduce respecto al valor en lazo abierto y el circuito es más estable.