Guia Fonamental de Sistemes de Control i Controladors PID

1. Introducció als sistemes de control

Un sistema de control és un conjunt d'elements que actuen per aconseguir que la sortida d'un procés es comporti com expressi l'acció de control.

Llaç obert

Les sortides no tenen efecte sobre l'acció de control. Cada entrada correspon a una operació prefixada a la sortida. L'exactitud depèn del calibratge.

• Avantatges: senzills, baix cost, bona fiabilitat.
• Inconvenients: inexactes, sensibles a pertorbacions.

Llaç tancat

El senyal de sortida té efecte sobre el d'entrada. L'entrada és el valor desitjat de la variable.

Elements del llaç tancat:

• Element de comparació: compara el valor desitjat amb el de referència i es calcula l'error.
• Element de control: decideix l'acció depenent del senyal d'error.
• Element de correcció: produeix un canvi en el procés per eliminar l'error.
• Procés.
• Element de mesura: proporciona un senyal relacionat amb el valor de referència i la variable controlada per obtenir l'error.

Avantatges del llaç tancat vs. llaç obert: millor gestió de pertorbacions externes, variacions de paràmetres i possibles derives.

2. Controladors

El funcionament bàsic és: entrada (senyal d'error) / sortida (entrada correctiva).

Tipus de controladors

• Controlador P (Proporcional): La sortida del controlador és proporcional a l'entrada. Si és massa petit, la resposta és lenta i l'error triga a minimitzar-se. Si és massa gran, la resposta és ràpida, però l'error no es minimitza del tot.
• Controlador I (Integral): La sortida del controlador és proporcional a la integral del senyal d'error. Suma tots els errors del passat per arribar abans a la consigna. Combinat amb un proporcional, compensa l'actuació proporcional.
• Controlador PI: La combinació de les dues accions millora la velocitat de resposta respecte a l'ús del control proporcional únicament. És més estable que l'integral sol.
• Controlador D (Derivatiu): La sortida és proporcional a com canvia el senyal d'error; pot donar una acció correctiva gran abans que es presenti un gran error. És insensible a errors constants i d'evolució lenta, però es pot combinar amb altres.
• Controlador PD: No és sensible a canvis en estat estable i és molt sensible a sorolls; cal ajustar un guany baix.
• Controlador PID: Combina el proporcional, integral i derivatiu (Kp, Ki, Kd). La selecció d'aquests paràmetres afecta l'estabilitat i el comportament dinàmic.

Sintonització

Mètodes principals: mètode manual, mètode del guany límit i mètode de la corba de reacció.