Anatomía de los Sistemas de Control PID

Uno de los temas que siempre tenemos que enfrentar como estudiantes o ingenieros en control es el sistema PID.
Pero que es todo esto del sistema PID ? No se ustedes pero las ecuaciones tan complejas que vemos en el Instituto no hacen más que enredar el asunto.
Voy a tratar de explicarte de una manera simple a que se refiere un sistema de control PID.

Primero veamos el clásico diagrama de bloques de un proceso bajo un control PID:

M1

Que es lo que esta pasando en este diagrama?
El setpoint es el valor al cual queremos que el proceso llegue y se mantenga.
Por ejemplo, el sistema de control de temperatura de tu casa, unos 24 ºC en tiempo de calor sería ideal. Esto significa que deseamos que nuestro aparato de aire acondicionado logre hacer que el proceso de calentamiento y enfriamiento alcance una temperatura muy cercana y estable en 24 ºC como sea posible.
El controlador PID verifica entonces el setpoint y lo compara con el valor actual de la variable de proceso. En la cajita de control de nuestro aire acondicionado tenemos un sensor, que en este caso es de temperatura y revisa cual es la actual, digamos muy cercana a los 24ºC. Si la variable de proceso y el setpoint son iguales entonces el controlador es una cajita muy feliz, ya que no tienes que realizar ninguna acción y mantiene la salida (Variable de control) en 0%

Pero si existe una diferencia entre la Variable de proceso y el setpoint entonces tenemos un error y la cajita controladora tiene que realizar una acción correctiva. Y de vuelta a nuestra casa, esta tendrá que decidir entre enfriar o calentar dependiendo si la PV se encuentra arriba o abajo del SP.

Supongamos que la PV en nuestra casa es mas alta que el SP. La casa esta más caliente de nuestra temperatura deseada, entonces el aire acondicionado se activa para hacer que la temperatura descienda.

El sensor siempre revisa la temperatura y en este caso comienza a descender, a acercarse nuevamente a 24ºC, este sensor siempre retro-alimenta a nuestra cajita PID y como el error de temperatura, es decir la resta entre la PV y la SP se acerca a 0 el aire acondicionado comienza a apagar su funcionamiento.

Este proceso es realizado en repetidas ocasiones, encender – apagar hasta que la temperatura llega a los 24 ºC y nuestra cajita PID vuelve a estar feliz 😀

Pero como siempre en cualquier proceso tenemos variables que distorsionan la PV, en nuestro ejemplo, puede ser el aumento de la temperatura debido a la subida del sol, por ejemplo a las 12:00 del mediodía, o el abrir o cerrar ventanas de nuestra casa puede ser una variable que modifique drásticamente el comportamiento del proceso.

Así este es un ejemplo muy básico de lo que pasa en un sistema de control con retro-alimentación PID. Suena simple verdad ?

Veamos la realidad de este sistema, en el mundo real necesitamos un controlador (cajita feliz) más complejo que todo lo que acabo de escribir arriba, si queremos una acción más precisa y efectiva de nuestros lazos de control.

Vamos a ver el diagrama de control inicial desde otro punto de vista. Vamos a hacer un ejercicio mental en el cual nosotros somos la cajita feliz, somos el controlador.

En este caso vamos manejando en la autopista y vamos a cambiar de carril repetidas ocasiones, la autopista tiene como variables de distorsión vientos muy fuertes.

Cuando hacemos este ejercicio mental en el cual nosotros somos el sistema de control PID, entendemos perfectamente porque es necesario un algoritmo así y como trabaja en todo este proceso.

Voy a cambiar los textos del diagrama para representar el carro en la autopista.

M2

Espero que al ver el diagrama así, puedas darte una clara idea de como funciona cada una de las etapas de un sistema de control.

Ve que tan importante es que sea un sistema de lazo cerrado, es decir, que tenga retro-alimentación, como es el caso de los ojos del conductor.

Si removemos esta etapa, controlar el carro con los ojos cerrados, seria prácticamente imposible y todo el proceso sería un completo desastre.

Las acciones del control son tomadas por el conductor, de acuerdo a donde quiere llevar el carro y como ve que este se va desplazando, junto con todas las variables que pueden afectar el movimiento, vientos, oscuridad, camino pavimentado o con curvas, etc.

Las acciones de control que toma el conductor o lo que llamamos sistema PID, los cálculos del SP y la PV son los llamados “Modos de Control” que incluyen:

Control Proporcional
Control Derivativo
Controla Integral

Y es ahí donde quiero llegar, pero más de esto el día de mañana.

Espero que haya quedado claro el concepto del diagrama, porque es la base de todo lo que voy a enseñarte en las siguientes lecciones.

Hasta la próxima
Luis Cruz

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