Introducción a la sintonización PRACTICA de controladores: conociendo a los procesos PRIMERO!!!

Sintonizar un sistema de control realimentado significa regular parámetros en el controlador para lograr implementar un control robusto en el proceso. “Robusto” en este contexto es usualmente definido como la estabilidad de las variables de procesos a pesar de los cambios de carga, una rápida respuesta ente los cambios de setpoint, oscilaciones mínimas y un offset mínimo (error entre el setpoint y la variable de proceso) en el tiempo.

“Control Robusto” es mucho más fácil de definir que te lograrlo. El control PID (Proporcional-Integral-Derivativo) es el algoritmo de control realimentado más usado en la industria, es importante que el ingeniero y/o técnico instrumentista entienda como se sintonizan estos controladores de manera efectiva y con una mínima inversión de tiempo.

Diferentes tipos de procesos, que tienen diferentes comportamientos dinámicos (dependientes del tiempo), requieren diferentes niveles de acción de control proporcional, integral y derivativo para lograr una respuesta estable y robusta. Y por tanto alguien que intente o busque sintonizar un controlador PID debe entender la naturaleza dinámica del proceso que está siendo controlado. Por esta razón, en este curso exploraremos las principales características de procesos antes de hablar de las técnicas para realizar una elección práctica de los valores de los parámetros P, I y D.

Características de Procesos

Quizá la regla más importante para sintonizar un controlador es CONOCER el proceso antes de intentar regular la sintonía del controlador. A menos que entendamos adecuadamente  la naturaleza del proceso que intentamos controlar, tendremos muy pocas esperanzas de hacerlo. En esta parte el curso dedicaremos tiempo a explicar las diferentes características de procesos y como podremos identificar cada una.

Los métodos cuantitativos de sintonización PID (más delante hablaremos de esto también) intentan mapear la características del proceso y con ello se obtienen algunos buenos parámetros PID para el controlador. La meta de esta parte es que entiendas los diversos tipos de proceso observando su respuesta y haciendo un análisis cualitativo, con ello comprenderás porque los diferentes parámetros de sintonía son necesarios para tipo, en lugar de solo seguir estrictamente unos cuantos pasos para sintonizar un controlador PID.

Podemos clasificar la respuesta de los procesos en tres grupos: auto-regulatorios(self-regulating), integrativos (integrating) y los inestables (runaway). Cada uno de estos tipos de proceso está definido por su respuesta ante un estimulo, impulso o escalón (cambio manual repentino sobre una señal de salida que actúa sobre el proceso, por ejemplo la posición de una válvula de control o el estado de algún elemento final de control). Un proceso  “self-regulating” responde ante un escalón unitario o variación de apertura de una válvula de control fijando un nuevo valor de su PV, un valor estable. Un proceso “integrativo” responde variando su valor de PV constantemente (ramping)  hacia arriba o hacia abajo a una tasa proporcional (pendiente) a la magnitud de cambio o escalón producido con el elemento final de control (válvula de control). Finalmente, un procesos “runaway” responde variando su PV hacia arriba o hacia abajo a un tasa que se va incrementando con el tiempo, llevándolo a un completa inestabilidad sin forma alguna de corregirlo con la acción del controlador.

Los procesos self-regulating, integrativos y runaway tienen diferentes necesidades de control. Los parámetros de sintonía PID que pueden trabajar bien para controlar un proceso self-regulating (auto-regulatorio), por ejemplo, no trabajará bien para controlar un procesos integrativo o runaway (inestable), a pesar de algún característica similar de estos procesos. Si primero identificamos la característica de un proceso, podríamos tener una conclusión general de los valores necesarios de P, I y D para controlarlo bien.

Posiblemente el mejor método para testear un proceso para determinar su característica natural es poner el controlador en MODO manual y realizar un step-change (escalón de salida) en la señal de salida del controlador. Es criticamente importante que el controlador este en modo manual en el momento que las características del proceso estén siendo exploradas. Si el controlador es dejado en MODO automático, la respuesta que miraremos del proceso a un setpoint dado o cambio de carga será parcialmente la característica natural del proceso mismo y parcialmente la acción correctiva del controlador. La acción correctiva del controlador por tanto interferiría con nuestra meta de explorar las características de nuestro proceso. Por el contrario, poniendo el controlador en modo MANUAL inhabilitamos la acción correctiva (removemos efectivamente su influencia rompiendo el lazo realimentado entre el proceso y el controlador, controlador y proceso). En modo manual, la respuesta que vemos del proceso para un salida (variable manipulada) o cambio de carga es PURAMENTE una función de la naturaleza dinámica del proceso, la cual es precisamente lo que deseamos reconocer.

El testeo o exploración de la característica de un proceso con el controlador en modo manual es frecuentemente llamado open-loop test o “prueba a lazo abierto”, porque el lazo realimentado es “abierto” y ya no es más un lazo completo. Esta prueba es un técnica de diagnostico fundamental que aplicaremos en las siguientes artículos.

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