Sintonización de controladores por método heurístico: «prueba y error»

Tuning Prueba y Error

En contraste de los procedimientos de sintonización cuantitativos donde los valores numéricos para la configuración de parámetros PID del controlador son obtenidos a través de la colección de datos y el análisis, un procedimiento de sintonización “heurístico” o de “prueba y error” es uno donde se siguen reglas generales para obtener resultados aproximados o cualitativos. La gran mayoría de lazos de control PID en el mundo han sido sintonizados con este método, para bien o para mal. La meta en esta sección es optimizar la eficacia de este método.

La primera vez que me mostraron la forma de sintonizar un PID fue del modo matemático donde todo lo modelaba con ecuaciones de Laplace y hallaba los parámetros adecuados previo horas de cálculo o con programas (MatLab) y con los métodos de Ziegler y Nichols, pero luego se me mostro el método “trial” en la cual me dijeron que siga los siguiente pasos:

1.Configurar el controlador con acción proporcional  solamente (las acciones integrales y derivativas deben ser configuradas al mínimo), fijar la ganancia cerca o a 1.

2.Incrementar la ganancia del controlador hasta lograr oscilaciones estables,  cambie el valor setpoint de arriba hacia abajo tanto como sea necesario para provocar oscilaciones.

3.Cuando la última ganancia sea determinada, fijar la ganancia del controlador a la mitad de ese valor.

4.Repetir los pasos 2 y 3, esta vez para ajustar la acción integral en vez de la proporcional.

5.Repetir los pasos 2 y 3, esta vez para ajustar la acción derivativa en vez de la proporcional.

Los primeros tres pasos de este procedimiento son idénticos a los pasos recomendados por Ziegler y Nichols para una sintonización en lazo cerrado. Los últimos dos pasos son contribución de alguien más. Personalmente NO LO RECOMIENDO USAR!!

Mientras que este procedimiento en particular puede ser crudo e inefectivo, muestra el espíritu general de los métodos de sintonización heurísticos: ajustar cada parámetro del controlador para hacer más o menos agresivo las acciones y lograr un balance entre una rápida acción y la estabilidad (o lo que el proceso necesite). El truco para hacer esto efectivo y eficiente es conocer intimanente las acciones de control a usar (y cual evitar).

Un verdadero método sintonización PID de “prueba y error”, se puede ejecutar si uno es consciente de cuál es la característica del proceso que estamos controlando y reconocer la aplicabilidad de las acciones P, I y D para una característica en particular. Simplemente experimentando con valores aleatorios para los parámetros P, I y D es muy tedioso en el mejor de los casos y peligroso en el peor de los casos si no entendemos lo que cada tipo de acción de control provoca en el proceso, y las limitaciones de cada acción de control.

Un sintonizador «competente», tambien revisara a detalle las tendencias de la PV, SP, Outpout y analizara para los parametros de sintonia actuales como se esta comportando el proceso.

Aqui un procedimiento de sintonizacion PID heuristico o a «prueba y error» (reglas generales). Se asume que ya haz tomado todas las medidas de seguridad para el proceso (… ya sabes cosas como cuanto es lo maximo que puedo perturbar la variable de proceso, etc) y los pasos que hablamos en el articlo «Antes de Sintonizar».

  1. Realiza pruebas en manual o lazo abierto para determinar la caracteristica del proceso (autoregulado, integrativo, ganancia en estado estable, ruido, tiempo muerto, constante de tiempo, lag order, etc), y nos aseguramos que las instrumentacion y el proceso esten sin problemas. Corrige todos los problemas antes de continuar.
  2. Identifica si alguna accion del PID pudiera ser problematica (como el ruido por ejemplo), y no la usaremos y solo una pequeña cantidad.
  3. Dependiendo del proceso, identifica que accion proporcional o integral es mas dependiente para ser estable. Esta accion dominante es la primero vamos a sintonizar. Revisa este articulo de reglas practicas para ayudarte
  4. Inicia con todos los terminos del controlador para una minima respuesta (minimo P, minimo I, no D).
  5. Fija la acción dominante a un valor seguro (ejemplo, ganancia menos de 1, tiempo integral mucho mas grande que la constante del proceso) y revisa la respuesta del proceso en lazo cerrado antes cambios de setpoint y cambios de carga (perturbaciones). No olvides verificar el tipo de ecuacion PID que usas!!.
  6. Incrementa la agresividad de esta acción hasta lograr demasiado overshoot. Recuerda que el objetivo operacional manda, algunas veces por ejemplo bastante overshoot no es malo.
  7. Incrementa la agresividad de las otras acciones (preferible la derivativa al final), tanto como se requiera y logres un equilibrio entre estabilidad y velocidad de respuesta. Nuevamente, tu objetivo operacional manda.
  8. Si el lazo quedara muy agresivo (oscilaciones por ejemplo), puede revisar las fases entre la PV y la Salida para identificar que acción provoca esto y atenuarlo.
  9. Repetir los últimos 3 pasos si lo quieres.

Recuerda, el conocimiento del proceso, conocimiento detallado del controlador PID y saber exactamente tu objetivo de control son 100% críticos para lograr el exito con este tipo de sintonizacion heuristica (o cualquier otro metodo).

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