Ancho de Banda en Sistemas de Control

El ancho de banda se refiere a la gama de frecuencias que pueden transmitirse a través de un lazo de control cerrado sin que la respuesta se vea alterada o modificada. Para que la respuesta del controlador surta efecto sobre la medida, el ancho de banda debería ser muy alto, para que todos los armónicos de la respuesta del controlador lleguen a todo el lazo. Ahora bien, también se propagarían las perturbaciones. Si el ancho de banda es nulo, solventamos el problema de las perturbaciones, pero tampoco se propaga ningún armónico. Así, tenemos que encontrar un equilibrio para determinar el ancho de banda, que no ha de ser ni más grande ni más pequeño que lo estrictamente necesario.

Diferencias entre Ajuste Ordinario y Autoajuste

• Ajuste Ordinario (AO): Suponiendo que el proceso no varía, se especifica el valor de consigna. Si alguna característica del proceso cambia, los resultados obtenidos serán erróneos.
• Autoajuste (AA): Además del set point (SP), se especifica una función a minimizar. Se van determinando las variaciones, corriendo así el resultado constantemente.

Proceso en Sistemas de Control

Un proceso es una operación o desarrollo continuo, caracterizado por una serie de cambios graduales que pueden ser físicos, químicos, etc., que conducen a un objetivo determinado. Es cualquier operación susceptible de ser controlada.

Sistema de Control Automático

Un sistema de control automático es el conjunto de dispositivos acoplados a un sistema que sigue un proceso, encargado de vigilar y actuar sobre el proceso para que este alcance un resultado concreto.

Régimen Transitorio vs. Régimen Estacionario

• Régimen Transitorio (RT): Es el intervalo de tiempo que va desde que se modifica la entrada hasta que se sigue a la entrada, es decir, se estabiliza.
• Régimen Estacionario (RE): Es el estudio del sistema una vez alcanzada la estabilidad.

Parámetros de Respuesta en Sistemas de Control

• Tiempo de retardo (t_p): Tiempo requerido para que la salida alcance la primera vez la mitad del valor final.
• Tiempo de subida o levantamiento (t_r): Tiempo requerido para que la salida pase del 10% al 90%, del 5% al 95% o del 0% al 100% de su valor final. Para sistemas subamortiguados de segundo orden, se considera del 0% al 100%. Para sistemas sobreamortiguados, del 10% al 90%.
• Máximo sobreimpulso: Indica de manera directa la estabilidad relativa del sistema.
• Tiempo de establecimiento o tiempo de asentamiento (t_s): Es el intervalo de tiempo después del cual la respuesta no se desvía de su valor estacionario más de un tanto por ciento determinado.

Dilema en la Selección del Ancho de Banda (Wb)

El Wb es la ganancia de frecuencias que pueden transmitirse a través de un lazo cerrado sin que la respuesta resulte distorsionada significativamente. Se buscan buenas capacidades de transmisión de la señal de control, así como una capacidad de rechazo total a cualquier perturbación.

¿Por qué no es recomendable usar el modo de control derivativo cuando la señal medida de la variable de proceso presenta ruido?

Porque el modo derivativo (D) produce más amortiguamiento en la respuesta del sistema, es decir, añade más oscilaciones a la variable de proceso (PV) y, por lo tanto, más ruido.

Controlador en la Regulación de Procesos Industriales

Un controlador es el algoritmo de control más común en la regulación de procesos industriales.

Control Ratio

El control ratio es un control especial de feedforward (FF) donde se miden dos perturbaciones y se mantienen en una relación (ratio) una con respecto a la otra. Se utiliza para controlar el ratio de los caudales de dos flujos. Ambos pueden ser medidos, pero solo uno puede ser controlado. El flujo cuyo caudal no esté bajo control habitualmente se denomina flujo salvaje.

Control Override

El control override se puede utilizar en las siguientes situaciones:

1. Regulación máxima o mínima: Puede significar la selección del valor más alto entre los valores de entrada (auctioneering) o la limitación de una variable de proceso entre un máximo y un mínimo.
2. Sistemas de estructura variable.
3. Protección de equipos: Por razones de seguridad, algunas variables no pueden sobrepasar valores límites establecidos. Ejemplo: protección de un reactor de mezcla de una sola fase.
4. Instrumentación redundante: Se utiliza para proteger el equipamiento en caso de que el fallo de algún instrumento pueda producir una operación peligrosa. Ejemplo: protección contra el fallo de un transmisor.

Métodos de Ajuste del Controlador

• Métodos empíricos o experimentales: Se determinan las características dinámicas de un proceso a partir de resultados experimentales.
• Métodos analíticos: Identificar un modelo matemático que describa eficientemente el buen comportamiento del proceso deseado.
  • Frecuenciales: Obtener la respuesta frecuencial del proceso (ganancia y fase) en función de las frecuencias de excitación o modelos matemáticos.
  • Lazo cerrado y lazo abierto: Conseguir que la respuesta a una perturbación en escalón tenga una razón de amortiguamiento de 1/4.
  • Optimización: Para minimizar la función de coste elegida.

Eficiencia de un Control

La precisión dinámica caracteriza el error transitorio y expresa el máximo valor del error aceptable para considerar que el sistema funcione de forma estable.

El Ti como Proceso no Autorregulado

El Ti expresa la velocidad de variación de la variable de proceso.

Situaciones para el Uso del Método Todo-Nada y Parámetros de Respuesta

Situaciones:

1. Cuando no es necesario un control preciso, porque es imposible, ya que la medida oscila uniformemente.
2. Cuando el tiempo muerto es moderado. De lo contrario, se produciría un desgaste excesivo del elemento final de control, causado por un periodo de oscilación corto.
3. Cuando la relación tiempo muerto/constante de tiempo es pequeña. De esta forma, se evita que se originen oscilaciones de amplitud grande.

Variable de Desviación

La variable de desviación se define para resolver la ecuación diferencial, ya que hace que las condiciones iniciales sean cero. Es una variable dinámica que varía a partir del estado de equilibrio.