sistemas de control

1. SISTEMAS DE
CONTROL

2. SISTEMA
Un sistema está integrado por una serie de
elementos que actúan conjuntamente y que
cumplen un cierto objetivo. Los elementos
que componen un sistema no son
independientes, sino que están
estrechamente relacionados entre sí, de
forma que las modificaciones que se
producen en uno de ellos pueden influir en
los demás.

3. CONTROL
La palabra control proviene del término
francés contrôle y significa comprobación,
inspección, fiscalización o intervención.
Para que exista control se debe tener un objetivo
o punto de consigna, seguido por la medición
para verificar que sí se está realizando control
sobre ese punto.

4. Un sistema de control es un grupo de
componentes electrónicos, mecánicos,
neumáticos, hidráulicos, etc. Que se utilizan en
conjunto para lograr un objetivo deseado.Para que
se pueda considerar como un sistema de control
por lo menos debe de contar con tres elementos
esenciales que son: Una variable a controlar,
un actuador y un punto de referencia (set-point).

5. TIPOS DE SISTEMAS DE
CONTROL

6. Sistemas en lazo abierto
• Son los sistemas en los cuales la salida no afecta la acción de
control. En un sistema en lazo abierto no se mide la salida ni se
realimenta para compararla con la entrada.
• En cualquier sistema de control en lazo abierto, la salida no se
compara con la entrada de referencia. Por tanto a cada entrada de
referencia le corresponde una condición operativa fija; como
resultado, la precisión del sistema depende de la calibración. Ante la
presencia de perturbaciones, un sistema de control en lazo abierto
no realiza la tarea deseada. En la práctica, el control en lazo abierto
sólo se utiliza si se conoce la relación entre la entrada y la salida y
no se necesita un punto de control muy exacto.

7. ELEMENTO DE
CONTROL
(Variable)
ELEMENTO DE
CORRECCIÓN
(Actuador)
PROCESO
ENTRADA SALIDA
PARTES DE UN LAZO DE CONTROL DE LAZO
ABIERTO
1. Elemento de control: Este elemento determina qué acción se va a tomar
dada una entrada al sistema de control.
2. Elemento de corrección: Este elemento responde a la entrada que viene
del elemento de control e inicia la acción para producir el cambio en la
variable controlada al valor requerido.
3. Proceso: El proceso o planta en el sistema en el que se va a controlar la
variable.

8. Sistemas en lazo cerrado
• Son aquellos en los que se produce un proceso de realimentación, es
decir que el sistema es capaz de modificar la señal de entrada en
función de la señal de salida, la toma de decisiones no depende solo
de la entrada sino también de la salida.
• Este sistema es más completo ya que recibe información sobre los
estados que va tomando la variable. Esta retroalimentación se logra
colocando sensores que envían información del proceso para que así
pueda actuar de manera autónoma.

9. MEDIDA Y
TRANSMISIÓN
ELEMENTO FINAL
DE CONTROL
CONTROLADOR
PROCESO
SET POINT
ERROR
SALIDA DEL
PRODUCTO
ENTRADA DEL
PRODUCTO

10. ACCIONES DE CONTROL

11. ACCIÓN ON - OFF
Este tipo de control, también llamado Todo o Nada, usa un
algoritmo simple, solamente revisa si la variable de proceso está
por encima o por debajo de un setpoint determinado. En
términos prácticos, la variable manipulada o la señal de control
del controlador cambia entre “totalmente ON” o totalmente OFF,
sin estados intermedios. Este tipo de accionamiento provoca un
control muy impreciso de la variable de proceso, un ejemplo muy
común es el control de temperatura con termostatos en aires
acondicionados. El termostato activa el aire frio (ON) si la
temperatura es mayor a la de referencia o setpoint y lo desactiva
(OFF) cuando la temperatura es menor al setpoint.

12. ACCIÓN PROPORCIONAL
• El control proporcional es aquel en el que el controlador da una señal
de corrección proporcional a la señal de error.
• Es decir el elemento final de control se mueve el mismo valor por
cada unidad de desviación.
• Un control proporcional corrige cuando siente una desviación de la
variable con respecto al punto de ajuste y no habrá corrección si no
hay desviación.
• Con la acción proporcional cuanto mayor sea el error, mayor será la
acción correctora realizada con el controlador.

13. Para el análisis de la acción proporcional observemos el ejemplo de la siguiente ilustración.
Se dispone de un TK con un caudal de alimentación variable y una válvula que gobierna el caudal de salida.
Deseamos que el nivel del TK se mantenga constante en un valor prefijado.
El control del nivel lo va a realizar el operador actuando manualmente sobre la posición de la válvula.
Supongamos inicialmente que el nivel del TK es el deseado. En esta situación, el caudal de alimentación
permanece constante, y la válvula de descarga se encuentra medio abierta, 50%.
A medida que transcurre el tiempo y varían las condiciones del proceso, el caudal de alimentación
disminuye, con lo cual el nivel disminuirá. El operador observa que el nivel tiene un valor inferior al deseado
y por tanto deberá cerrar la válvula, en el momento de abrir y cerrar la válvula, el operador deberá decidir
cuanto la abrirá o cerrara.
Estas acciones se resumen en:
- Cuando no existe diferencia entre el valor real y el deseado la posición de la válvula no se modifica.
- Abrir o cerrar según la diferencia entre el valor medido y el deseado o sea el error sea negativo o positivo.
- La cantidad que el operador abre(o cierra) la válvula depende de la magnitud del error; es decir la apertura
es proporcional al error.
La acción de control realizada por el operador constituye la denominada "acción proporcional".

14. BANDA PROPORCIONAL
Esta se puede entender como el cambio necesario en el error para que se produzca un cambio del
100% en la salida del controlador. Para que la salida del controlador pase de su valor mínimo
(totalmente cerrado) a su valor máximo (totalmente abierto).
Si deseamos una respuesta poco brusca, utilizaremos una banda proporcional ancha y, a medida que
la aumentemos, la respuesta será cada vez menor. En cambio, si deseamos que el controlador actúe
bruscamente utilizaremos una banda proporcional pequeña.
Cuanto menor sea la banda proporcional, mayor será la respuesta (controlador muy sensible). El caso
extremo, sería una banda proporcional próxima al 0 %, donde la respuesta del controlador para un
error muy pequeño sería infinita; en la práctica sería un controlador de dos posiciones.
Si utilizamos el concepto de ganancia, es justo a la inversa. A mayor ganancia mayor respuesta del
controlador y a menor ganancia menor respuesta del controlador. Es decir la ganancia es la inversa de
la banda proporcional.

15. En el caso a, se representa una banda proporcional muy ancha (ganancia baja) y la respuesta del
controlador es muy pequeña. El restablecimiento de la estabilidad de la variable se consigue muy
rápidamente.
En el caso b, la banda proporcional es correcta. La variable al cabo de 4 o 5 oscilaciones vuelve a
su valor estable, próximo al punto de consigna.
En el caso c, la banda proporcional es algo más baja que en el caso anterior. Existen más
oscilaciones que en esta Figura y al sistema le cuesta más tiempo conseguir un valor estable para la
variable controlada.
En el caso d, la banda proporcional es muy baja (ganancia muy alta). Las oscilaciones cada vez se
hacen mayores y la variable no vuelve a estabilizarse.

16. ACCIÓN INTEGRAL
• El principal inconveniente de un regulador que tuviera sólo acción proporcional es que
deja siempre un error por corregir que llamamos offset, tanto mayor cuanto mayor es la
banda proporcional. La acción integral permite, anular este error, haciendo que la señal
de control, crezca proporcionalmente al producto ( error x tiempo). Podemos decir que un
sistema con acción integral tiende a anular el error promedio u offset.
• Acerca del offset podemos hacer las siguientes consideraciones:
• Se comporta como si fuera un nuevo punto de consigna que no ha sido fijado por
nosotros.
• No es causado por errores de instrumentación, ni por ajustes incorrectos de la banda
proporcional, es un problema inherente a la acción proporcional.
• La aparición del mismo, ocurre cuando existen cambios de carga en el proceso, es decir,
cuando las condiciones de funcionamiento del lazo varía considerablemente.
• De cualquier manera, la acción integral (reajuste-reset) es modificar la posición de la
válvula causada por el efecto proporcional, con el fin de eliminar la desviación
permanente.
• La acción proporcional genera una señal proporcional al error, en cambio la acción
integral genera la señal proporcionalmente al mantenimiento de este error. Cuanto más
tiempo permanezca el error mayor será las respuestas generada por la acción integral.

17. SP
offset

18. Cuando se usa un valor bajo de integral el control tarda un poco más en corregir
la desviación.
Cuando se usa un valor moderado de integral, el tiempo de estabilización
disminuye pero la variable cruza por el punto de reajuste antes de estabilizarse,
es decir se produce una pequeña desviación.
Cuando se usa un valor alto de integral el proceso oscila varias veces y el
tiempo de estabilización se aumenta.
menor
optimo
mayor

19. ACCIÓN DERIVATIVA
Las acciones proporcional e integral no permiten resolver de forma satisfactoria todos los
problemas de control. La acción proporcional deja siempre un error permanente y la integral
puede causar inestabilidad o exceso de tiempo de respuesta. Precisamente la acción
derivativa complementa a las dos anteriores ayudando a obtener una respuesta dinámica más
rápida (tiempo de repuesta menor).
La acción derivativa es necesaria en lazos de control con grandes tiempos de retraso entre la
acción y la modificación obtenida de la variable a controlar.
Las acciones proporcional e integral actúan en función de un error o desviación existente. La
acción derivativa intenta anticiparse al error. Calcula a que velocidad cambia el error y actúa
en función de esta magnitud, también se denomina acción anticipada.

20. Un tiempo de acción derivativo demasiado pequeño permitirá que la variable se
separe del punto de consigna un tiempo excesivo.
Un tiempo de acción derivativo demasiado grande da lugar a que la variable cambie
demasiado rápido revisando el punto de consigna.
El tiempo óptimo será aquel en el que la variable retorne al punto de consigna con
el mínimo de oscilaciones.