Este documento describe los conceptos básicos de los sistemas de control, incluyendo los componentes clave como el controlador, los tipos de controladores como PID y PI, y los tipos de sistemas de control como de lazo abierto y lazo cerrado. Explica las acciones de control proporcional, integral y derivativa y cómo estas acciones afectan la respuesta del sistema. También compara cómo los sistemas de lazo abierto y lazo cerrado difieren en su estabilidad y capacidad de compensar perturbaciones.

1. INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
Y ELECTRÓNICA
ACCIONES DE CONTROL
Profesora: Realizado por:
Mariangela Pollonais. Jesús Figueras.
Materia:
Teoría de Control Semestre: VII
Sección: V
Maturín, febrero del 2017.

2. ii
ÍNDICE
pp
INTRODUCCIÓN 1
ESQUEMA DE UN SISTEMA DE CONTROL 2
CONTROLADOR 2
COMPENSACION EN ADELANTO 3
COMPENSACION EN ATRASO 3
TIPOS DE CONTROLADORES 4
Controlador PID 4
Controlador PI 5
MODELO MATEMÁTICO QUE DEFINE A CADA UNO 5
ACCIONES DE CONTROL EN LA RESPUESTA DE SISTEMA 6
Sistema de control de lazo abierto 7
Sistema de control de lazo cerrado 8
CONCLUSIÓN 10
BIBLIOGRAFÍA 11

3. 1
INTRODUCCIÓN
El hombre ha utilizado herramientas para satisfacer sus necesidades.
Por ejemplo, descubrió, quizá por casualidad, cómo obtener fuego para
proporcionarse calor y cocinar sus alimentos. Lo hizo frotando enérgicamente
dos trozos de cierta piedra (pedernal). La piedra era su herramienta. Hoy en
día, se dispone de pequeños y económicos encendedores que permiten
disponer inmediatamente de fuego. Si se los observa con atención, se verá
que tienen una pequeña piedra, que cuando es rozada por la medita metálica
que hacemos girar, desprende chispas que encienden el gas.
Precisamente, el material con que está hecha esa pequeña piedra es,
en esencia, el mismo que utilizaban nuestros antepasados de las cavernas.
En la actualidad lo encontramos, junto con un tanque de gas, una válvula que
regula su salida, una entrada de oxígeno y hasta otra válvula de recarga
formando parte de un sistema: el encendedor. Cada componente, por sí
mismo, no puede proporcionar fuego, pero sí puede hacerlo el conjunto.
Un encendedor, una bicicleta y un automóvil son sistemas que
funcionan sólo si cuentan con todos sus componentes y éstos desarrollan
sus funciones en forma simultánea. Un sistema es un conjunto de elementos
o dispositivos que interactúan para cumplir una función determinada. Se
comportan en conjunto como una unidad y no como un montón de piezas
sueltas.
El comportamiento de un sistema cambia apreciablemente cuando se
modifica o reemplaza uno de sus componentes; también, si uno o varios de
esos componentes no cumplen la función para la cual fueron diseñados.
Entonces, resulta necesario controlar cada elemento en forma independiente,
o bien, el resultado final de todo el sistema. Un sistema de control es
entonces un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar,
dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de reducir las
probabilidades de fallo y obtener los resultados deseados. Por lo general, se
usan sistemas de control industrial en procesos de producción industriales
para controlar equipos o máquinas.

4. 2
ESQUEMA DE UN SISTEMA DE CONTROL
Esto es un ejemplo de un diagrama esquemático del control de
temperatura de un horno eléctrico. La temperatura del horno eléctrico se
mide mediante un termómetro, que es un dispositivo analógico. La
temperatura analógica se convierte a una temperatura digital mediante un
convertidor A/D. La temperatura digital se introduce en un controlador
mediante una interfaz.
Esta temperatura digital se compara con la discrepancia (error) el
controlador envía una señal al calefactor, a través de una interfaz,
amplificador y relé, para hacer que la temperatura del horno adquiera el valor
deseado.
CONTROLADOR.
Es una computadora utilizada en la ingeniería automática o
automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales
como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o
atracciones mecánicas.
Los controladores son utilizados en muchas industrias y máquinas. A
diferencia de las computadoras de propósito general, el controlador está
diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de
temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la
vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la

5. 3
máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad o en memorias
no volátiles.
COMPENSACION EN ADELANTO.
Un compensador de adelanto de fase hará descender la ganancia de
baja frecuencia y elevará el ángulo de fase de la frecuencia media total,
relativas a la frecuencia de corte determinada por la constante de tiempo T.
Normalmente se utiliza para mejorar el margen de fase. Es decir, puede
mejorar la estabilidad relativa del sistema. Para compensar la pérdida de
ganancia, es común aplicar una compensación de ganancia. El efecto
combinado de estos dos compensadores se puede utilizar para incrementar
el ancho de banda del sistema y, por ende, la velocidad de respuesta.
EJEMPLO:
Función de transferencia:
Repuesta de frecuencia:
COMPENSACION EN ATRASO.
El efecto principal de la compensación en atraso es reducir la
ganancia de alta frecuencia (acrecentar la atenuación) en tanto que
el ángulo de fase decrece en la región de frecuencia baja a media (aumenta
el atraso de fase). Asimismo, un compensador de atraso puede hacer que
disminuya el ancho de banda del sistema y/o los márgenes de ganancia, y en
general puede ocasionar que un sistema sea más lento. Generalmente se

6. 4
utiliza para mejorar el comportamiento en estado estacionario (el error
permisible o la precisión del sistema).
EJEMPLO:
Función de Transferencia:
Respuesta de frecuencia:
TIPOS DE CONTROLADORES.
Controlador PID: Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es un
mecanismo de control por realimentación que calcula la desviación o error
entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una
acción correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de cálculo del control
PID se da en tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el
derivativo.
El valor proporcional determina la reacción del error actual. El Integral
genera una corrección proporcional a la integral del error, esto nos asegura
que aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se
reduce a cero. El Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el
error se produce. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al
proceso vía un elemento de control como la posición de una válvula de
control o la energía suministrada a un calentador, por ejemplo.
Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control del PID, el
controlador puede proveer un control diseñado para lo que requiera el

7. 5
proceso a realizar. La respuesta del controlador puede ser descrita en
términos de respuesta del control ante un error, el grado el cual el
controlador llega al "set point", y el grado de oscilación del sistema. Nótese
que el uso del PID para control no garantiza control óptimo del sistema o la
estabilidad del mismo. Algunas aplicaciones pueden solo requerir de uno o
dos modos de los que provee este sistema de control. Un controlador PID
puede ser llamado también PI, PD, P o I en la ausencia de las acciones de
control respectivas.
Controlador PI: Los controladores PI son particularmente comunes, ya que
la acción derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso
integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la acción de
control.
MODELO MATEMÁTICO QUE DEFINE A CADA UNO.
Controlador PID
Controlador PI Controlador P
(D) DERIVATIVO: La acción derivativa se manifiesta cuando hay un cambio
en el valor absoluto del error; (si el error es constante, solamente actúan los
modos proporcional e integral). El error es la desviación existente entre el
punto de medida y el valor consigna, o "Set Point".
La función de la acción derivativa es mantener el error al mínimo
corrigiéndolo proporcionalmente con la misma velocidad que se produce; de
esta manera evita que el error se incremente. Se deriva con respecto al
tiempo y se multiplica por una constante D y luego se suma a las señales
anteriores (P+I). Es importante adaptar la respuesta de control a los cambios
en el sistema ya que una mayor derivativa corresponde a un cambio más
rápido y el controlador puede responder acordemente. La fórmula del
derivativo está dada por:

8. 6
El control derivativo se caracteriza por el tiempo de acción derivada en
minutos de anticipo. La acción derivada es adecuada cuando hay retraso
entre el movimiento de la válvula de control y su repercusión a la variable
controlada. Cuando el tiempo de acción derivada es grande, hay
inestabilidad en el proceso. Cuando el tiempo de acción derivada es pequeño
la variable oscila demasiado con relación al punto de consigna. Suele ser
poco utilizada debido a la sensibilidad al ruido que manifiesta y a las
complicaciones que ello conlleva.
El tiempo óptimo de acción derivativa es el que retorna la variable al
punto de consigna con las mínimas oscilaciones. Ejemplo: Corrige la posición
de la válvula (elemento final de control) proporcionalmente a la velocidad de
cambio de la variable controlada. La acción derivada puede ayudar a
disminuir el rebasamiento de la variable durante el arranque del proceso.
Puede emplearse en sistemas con tiempo de retardo considerables, porque
permite una repercusión rápida de la variable después de presentarse una
perturbación en el proceso.
ACCIONES DE CONTROL EN LA RESPUESTA DE SISTEMA.
Los sistemas de control, según la teoría cibernética, se aplican en
esencia para los organismos vivos, las máquinas y las organizaciones. Estos
sistemas fueron relacionados por primera vez en 1948 por Norbert Wiener en
su obra Cibernética y Sociedad con aplicación en la teoría de los
mecanismos de control. Un sistema de control está definido como un
conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro
sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que
se reduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados
buscados. Los sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:

9. 7
1. Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos.
2. Ser eficiente según un criterio preestablecido evitando comportamientos
bruscos e irreales.
Sistema de control de lazo abierto: Es aquel sistema en que solo actúa el
proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida
independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Esto
significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que éste
pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de salida no se
convierte en señal de entrada para el controlador.
El control en lazo abierto suele aparecer en dispositivos con control
secuencial, en el que no hay una regulación de variables sino que se realizan
una serie de operaciones de una manera determinada. Esa secuencia de
operaciones puede venir impuesta por eventos (event-driven) o por tiempo
(timedriven). Se programa utilizando PLCs (controladores de lógica
programable).
a) Ejemplo 1: El llenado de un tanque usando una manguera de jardín.
Mientras que la llave siga abierta, el agua fluirá. La altura del agua en
el tanque no puede hacer que la llave se cierre y por tanto no nos
sirve para un proceso que necesite de un control de contenido o
concentración.
b) Ejemplo 2: Al hacer una tostada, lo que hacemos es controlar el
tiempo de tostado de ella misma entrando una variable (en este caso
el grado de tostado que queremos). En definitiva, el que nosotros
introducimos como parámetro es el tiempo.
Estos sistemas se caracterizan por:
 Ser sencillos y de fácil concepto.
 Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.
 La salida no se compara con la entrada.
 Ser afectado por las perturbaciones. Éstas pueden ser tangibles o
intangibles.
 La precisión depende de la previa calibración del sistema.
 Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de
operación fijada.

10. 8
Sistema de control de lazo cerrado: Son los sistemas en los que la acción
de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito
cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la
acción de control en consecuencia. Son aquellos en los que la señal de
salida del sistema (variable controlada) tiene efecto directo sobre la acción
de control (variable de control).
El control en lazo cerrado es imprescindible cuando se da alguna de las
siguientes circunstancias:
 Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre.
 Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el
hombre no es capaz de manejar.
 Vigilar un proceso es especialmente dificil en algunos casos y requiere
una atención que el hombre puede perder fácilmente por cansancio o
despiste, con los consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al
trabajador y al proceso.
Sus características son:

11. 9
 Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros.
 La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del
sistema.
 Su propiedad de retroalimentación.
 Ser más estable a perturbaciones y variaciones internas.
Un ejemplo de un sistema de control de lazo cerrado sería el
termotanque de agua que utilizamos para bañarnos. Otro ejemplo sería un
regulador de nivel de gran sensibilidad de un depósito. El movimiento de la
boya produce más o menos obstrucción en un chorro de aire o gas a baja
presión. Esto se traduce en cambios de presión que afectan a la membrana
de la válvula de paso, haciendo que se abra más cuanto más cerca se
encuentre del nivel máximo.

12. 10
CONCLUSIÓN
Los controladores permiten mejorar la respuesta de un sistema, por
esta y otras razones son de mucha importancia para cualquier proceso,
aunque esta respuesta no siempre sea óptima. Las reglas de ajuste
propuestas, presentan una forma de obtener los parámetros del controlador,
siempre y cuando tenga un modelo matemático del sistema. Un controlador
permite que la respuesta de un sistema pueda llegar a tener un error nulo.
Los valores obtenidos a partir de las reglas de ajuste no siempre permiten
obtener una respuesta deseada, por lo que los valores deben ser
modificados conforme a lo que se desea. Al obtener los parámetros de un
controlador y observar la respuesta del controlador y el sistema, este permite
obtener ese parámetro de manera autónoma logrando que el controlador
pueda ser auto-ajustado.
Existen dos clases comunes de sistemas de control, sistemas de lazo
abierto y de lazo cerrado. En los de lazo abierto la salida se genera
dependiendo de la entrada; mientras que en los de lazo cerrado la salida
depende de las consideraciones y correcciones realizadas por la
retroalimentación. Para realizar un sistema de control, es necesario
determinar cuál es la función de transferencia de este, y de cada uno de los
elementos que formarán parte del sistema, para hacer esto, se manejan las
representaciones matemáticas de cada uno de los elementos que forman el
sistema. Posteriormente, se representa todo el sistema en bloques y se
halla se función de transferencia. En este momento se tendrá una ecuación
que podemos evaluar para determinar el comportamiento del sistema en el
tiempo.
La respuesta de este sistema se puede mejorar implementado un
controlador para el mismo: proporcional (P), proporcional integral (PI),
proporcional derivativo (PD), proporcional integral y derivativo (PID), adelanto
de fase, atraso de fase o adelanto-atraso de fase. Se selecciona la mejor
respuesta y se implementa el controlador. El funcionamiento de un PID
necesita para una mejor actividad, un sensor, un controlador y un actuador.
Los tipos de controladores se dividen en P, PI y PD, aunque existe un
controlador I ellos siempre actúan en combinación con reguladores de una
acción proporcional, complementándose los dos tipos de reguladores,
primero entra en acción el regulador proporcional (instantáneamente)
mientras que el integral actúa durante un intervalo de tiempo.

13. 11
BIBLIOGRAFÍA
 Controladores. Disponible en:
http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//4750/
4926 /html/13_controlador_de_accin_proporcional_e_integral_pi.html
 Tipos de controladores. Disponible en:
http://web.udl.es/usuaris/w3511782/Control_de_procesos/Unidades_fil
es/Cap06_10-11.pdf (consultado el 22 de enero del 2015)
 Esquema de un controlador. Disponible en:
http://www.galeon.com/machver/CONTROLPROC_I/1BASICASCONT
ROL.pdf (consultado el 22 de enero del 2015)