Sintonización de Lazos de Control

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Procedimiento para la Sintonía
Medición
“PV”
Controlador
Actuador
Proceso
Objetivo
“SP”
Salida de
Control “CO”
GP
CPID
SP (r)
PV (y)
CO (u)
–
(Gp:) Adquirir
(Gp:) 1

(Gp:) Modelar
(Gp:) 2

(Gp:) Sintonizar
(Gp:) 3

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Adquisición de Respuestas
Ensayos escalón (perturbación del proceso):
en lazo cerrado (modo automático): cambios en SP
en lazo abierto (modo manual): cambios en CO
capturar la dinámica del proceso entre CO y PV
evitar perturbaciones externas
magnitud de los escalones significativa respecto al ruido de medida, limitados por condiciones operativas
variedad de amplitudes y en ambos sentidos para caracterizar el o los puntos de trabajo

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Identificación del Modelo
Usualmente expresado como Función de Transferencia
Métodos automáticos de ajuste de parámetros con selección manual o automática del orden del modelo
Evaluación del modelo mediante índices de ajuste a la respuesta real (, R2, etc.)
Simulación del modelo (respuesta escalón, diagramas de Bode)
Validación del modelo con otro set de datos
K: ganancia estática
Tz: constante de tiempo del cero
T1, ?, ?n : constantes de polos
D: retardo de transporte (“tiempo muerto”)

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Sintonía: Método Ziegler-Nichols (Manual)
Método manual clásico para elección de parámetros de sintonía de PIDs
Diseñado para rechazo de perturbaciones
Procedimiento:
Se configura el controlador en modo proporcional únicamente.
Se aumenta la ganancia hasta producir una oscilación.
Se registra la ganancia (Ku) y el período de la oscilación (Tu).
Se eligen los parámetros del PID de acuerdo a una tabla.
En la práctica requiere re-sintonía o atenuación de los parámetros para respuesta más estable

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Sintonía: Método Lambda
Requerimientos: modelo de primer orden, estable o integral, con tiempo muerto
Parámetros de diseño: constante de tiempo del lazo cerrado (?)
P
PID
SP
CO
–
PV
P?
Factor Lambda (relación con lazo abierto):
Controlador PI:

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modelo del proceso
inversa aprox. del modelo
filtro, típicamente primero orden (??)
(Gp:) IMC

Sintonía: Método IMC (Internal Model Control)
Extiende el concepto del método Lambda a modelos de mayor orden
Requerimientos: modelo estable
Parámetros de diseño:
Máxima Sensitividad (MS), o
Constante de tiempo del lazo cerrado (??)
MS permite un diseño robusto (cuanto menor sea el valor de MS, más robusta es la sintonía)
SP
PV
CO
–
–
Gf
(Gp:) GP
(Gp:) Gc
(Gp:) –

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Sintonía: Método de Ubicación de Polos Dominantes
Requerimientos: ninguno
Aproxima el lazo cerrado a una transferencia de segundo orden
Parámetros de diseño:
?: relación de amortiguamiento
?: frecuencia natural
P
PID
SP
CO
–
PV
G

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Sintonía: Método ITAE
Índice de Performance ITAE
Integral Time Absolute Error:
el producto por t reduce la contribución del error inicial y prioriza el error final
Índice modificado:
p limita el gradiente de la acción de control u (CO)
Requerimientos: valores iniciales del PID para lazo estable
utilizar otro método inicialmente
optimizar con ITAE
Parámetros de diseño: máx(dCO/dt) – opcionalmente

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Métodos de Sintonía