Tipos de Configuraciones de algoritmos PID en DCS: el poder que proviene de la flexibildad

16 Octubre 2011

 

La segunda ley de Murphy dice que uno NO puede controlar un proceso sin entenderlo. Otros dicen que ningún programa de computadora le ganará al campeón del mundo de ajedrez porque los programadores no son tan buenos en el ajedrez como sus competidores. Esto tiene mucho sentido, sin embargo, también es cierto que las computadores no tienen porque estas limitadas por el conocimiento de los programadores, y podemos contar con su capacidad de aprender.
El propósito de este y del articulo siguiente no es predecir el futuro solamente dar un vistazo actual de lo que está pasando en el campo del control de procesos con DCS. Discutiremos primero el progreso realizado en la configuración del control PID y su auto sintonización, en ambos modos “bajo demanda” y “adaptativa”. Luego, mencionaremos algunos modelos predictivos de control (MPC) y modelos adaptativos de controladores (AMC). Por ultimo describiremos un brevemente la operación de la lógica difusa y las redes neuronales artificiales (ANN).
Los algoritmos básicos PID
La principal ventaja de las computadoras es la velocidad y conveniencia con la que pueden seleccionar y cambiar al mejor algoritmo PID para hacer frente a las dinámicas del proceso controlado. La figura siguiente muestra las configuraciones básicas de PID que un DCS puede seleccionar y cambiar automáticamente o con la aprobación del operador. De la figura, la configuración 1 es el algoritmo PID clásico ISA, donde los tres modos (P, I y D) actúan con el error, donde es la diferencia entre la variable de proceso (PV) y el setpoint (SP). La configuración 2 es la mejor selección cuando es deseable recudir la frecuencia en los cambios en la salida del controlador. Este algoritmo es aplicado incluso para incrementar la expectativa de vida de la válvula de control, y el error se considera igual a cero siempre y cuando este dentro de una banda muerta predeterminada.
Las configuraciones 3 y 4 dan diferentes opciones, si los modos de control deberían actuar sobre el error o solamente sobre la variable de proceso. En mi humilde punto de vista, y respecto a los esclavos en configuración cascada, la opción 3 debería ser usada para todos los controladores que tengan modo derivativo dado que no hay ventajas de usar la acción D sobre los cambios de setpoint. Si uno desea eliminar completamente el sobre impulso entre los cambios de setpoint, deberíamos usar la opción 4, donde P y D solamente actúan solamente sobre PV.
Si el setpoint del lazo de control es cambiado frecuentemente, es recomendable filtrar el setpoint como en la configuración 5. Esto reducirá el sobre impulso (overshoot) al cambio de P. En la configuración 6 el controlador responde al cuadrado del error, lo cual es deseable en el control de sobre incrementos de nivel, donde queremos operar cerca del estado estacionario, pero con acción correctiva agresiva ente errores grandes. En la configuración 7 solo la integral se eleva al cuadrado, lo cual es bueno para variables de proceso con tiempo muerto.
Naturalmente, hay muchas variaciones más de estos esquemas PID. Aprender a elegir una u otra configuración es una cuestión no tan simple y que esta de la mano de la experiencia, la experiencia nos dará el olfato necesario para intuir una elección buena. Personalmente me falta mucho para madurar este “olfato” pero escribir este tipo de artículos es un buen comienzo.

 

La segunda ley de Murphy dice que uno NO puede controlar un proceso sin entenderlo. Otros dicen que ningún programa de computadora le ganará al campeón del mundo de ajedrez porque los programadores no son tan buenos en el ajedrez como sus competidores. Esto tiene mucho sentido, sin embargo, también es cierto que las computadores no tienen porque estas limitadas por el conocimiento de los programadores, y podemos contar con su capacidad de aprender.

 

El propósito de este y de los artículos siguientes no es predecir el futuro solamente dar un vistazo actual de lo que está pasando en el campo del control de procesos con DCS. Discutiremos primero el progreso realizado en la configuraciones de control PID disponibles en DCS y su auto sintonización (en ambos modos “bajo demanda” y “adaptativa”). Luego, mencionaremos algunos modelos predictivos de control (MPC) y modelos adaptativos de controladores (AMC). Por ultimo describiremos un brevemente la operación de la lógica difusa y las redes neuronales artificiales (ANN).

Los algoritmos básicos PID

La principal ventaja de las computadoras es la velocidad y conveniencia con la que pueden seleccionar y cambiar al mejor algoritmo PID para hacer frente a las dinámicas del proceso controlado. Las figuras siguientes muestra las configuraciones básicas de PID que un DCS puede seleccionar y cambiar automáticamente o con la aprobación del operador. De la figura, la configuración 1 es el algoritmo PID clásico ISA, donde los tres modos (P, I y D) actúan con el error, donde es la diferencia entre la variable de proceso (PV) y el setpoint (SP). La configuración 2 es la mejor selección cuando es deseable recudir la frecuencia en los cambios en la salida del controlador. Este algoritmo es aplicado incluso para incrementar la expectativa de vida de la válvula de control, y el error se considera igual a cero siempre y cuando este dentro de una banda muerta predeterminada.

Las configuraciones 3 y 4 dan diferentes opciones, si los modos de control deberían actuar sobre el error o solamente sobre la variable de proceso. En mi humilde punto de vista, y respecto a los esclavos en configuración cascada, la opción 3 debería ser usada para todos los controladores que tengan modo derivativo dado que no hay ventajas de usar la acción D sobre los cambios de setpoint. Si uno desea eliminar completamente el sobre impulso entre los cambios de setpoint, deberíamos usar la opción 4, donde P y D solamente actúan solamente sobre PV.

Si el setpoint del lazo de control es cambiado frecuentemente, es recomendable filtrar el setpoint como en la configuración 5. Esto reducirá el sobre impulso (overshoot) al cambio de P. En la configuración 6 el controlador responde al cuadrado del error, lo cual es deseable en el control de sobre incrementos de nivel, donde queremos operar cerca del estado estacionario, pero con acción correctiva agresiva ente errores grandes. En la configuración 7 solo la integral se eleva al cuadrado, lo cual es bueno para variables de proceso con tiempo muerto.

 

Naturalmente, hay muchas variaciones más de estos esquemas PID. Aprender a elegir una u otra configuración es una cuestión no tan simple y que esta de la mano de la experiencia, la experiencia nos dará el olfato necesario para intuir una elección buena. Personalmente me falta mucho para madurar este “olfato” pero escribir este tipo de artículos es un buen comienzo.

 

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado Ingeniero Electrónico especializado en Control, Automatizacion e Instrumentacion Industrial. Experimentado en el desarrollo, ejecución y gestión de proyectos asi como en la Operacion de sistemas automaticos.

Cualquier consulta hacerla en el Grupo de Facebook https://www.facebook.com/instrumentacionycontrol.net/ (unico medio para consultas)

Sitio Web: https://www.linkedin.com/in/josevillajulca/ Email Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.