Getting Started: Quantitative PID Tuning (Ziegler and Nichols)

Un procedimiento de sintonización PID Cuantitativa es una metodología paso a paso para llegar directamente a encontrar valores numéricos para ser usados en un controlador PID.

Estos procedimientos pueden ser divididos en dos categorías: en lazo abierto “open loop” y en lazo cerrado “closed loop”. Un procedimiento de sintonización “open loop” es implementado con el controlador en modo manual: haciendo una serie de pequeños cambios “step-change” en la salida del controlador y entonces se analiza matemáticamente los resultados de la respuesta de la variable de proceso para calcular la configuración del controlador PID cuando sea puesto en modo automático. Un procedimiento de sintonización “close loop” es implementado con el controlador en modo automático: ajustando los parámetros de sintonía para lograr un resultados DEMO, para luego usar estos valores de parámetros PID y la información de la gráfica de proceso en el tiempo para calcular nuestros parámetros PID.

La sintonización cuantitativa empezó con un paper publicado en noviembre de 1942 en “Transactions of the American Society of Mechanical Engineers” escrito por dos ingenieros: Ziegler and Nichols. “Optimun Setting for Automatic Controllers” es un paper prototipo, y digno de ser leído por cualquier estudiante o profesional de teoría de control de procesos. Esas recomendaciones para configurar un controlador PID puede aún ser utilizadas después de más 60 de su publicación y que de echo impacto profundamente el campo de la instrumentación  y el control. A pesar de la fecha y que su terminología referencia a controladores con tecnología neumática, el algoritmo PID descrito por los autores y sus efectos de ajustar los parámetros  P, I y D en el comportamiento del control de procesos son aun validas hoy en dia como lo fueron entonces.

Valores prácticos recomendados por Ziegler y Nichols

A partir de este artículo nos dedicaremos a discutir el procedimiento cuantitativo de sintonización PID en general y el método de “Ziegler-Nichols” en específico. En mi humilde opinión los métodos de sintonía de Ziegler-Nichols son útiles primariamente como referencias históricas, y ciertamente sufre de serios impedimentos prácticos. El impedimento más serio que tengo para estos métodos (y en general para cualquier procedimiento de sintonización PID) es que estos métodos tienden a limitar o entorpecer el entendimiento del proceso que estamos intentando sintonizar y por el contrario se vuelve algo repetitivo que simplemente tenemos que “repetir” sin pensar en por qué ocurren las cosas. La sintonización PID es una d esas “tareas complejas”, y existe la posibilidad que una persona haga más daño que el bien si se realiza un método paso a paso en vez de entender lo que se está haciendo, porque se está haciendo, y que significa y si los resultados están acorde o no con eso. Por favor es bueno tener en mente esto cuando estudiemos cualquier procedimiento de sintonización PID.