2.1 Perturbacin Una perturbacin es una seal que tiende a afectar negativamente el valor de la salida de un sistema. Si la perturbacin se genera dentro del sistema se denomina interna, mientras que una perturbacin externa se genera fuera del sistema y es una entrada.

2.2 Sensibilidad

La sensibilidad de un sistema, como un concepto general, se refiere al cambio de una variable de salida que se puede atribuir a un cambio de uno de los parmetros del sistema (coeficiente, o en ciertos casos, entradas del sistema).Como cuando una medida cuantitativa, la sensibilidad permite al ingeniero predecir posibles cambios de salidas del sistema basados en cambios propuestos o reales de los parmetros del sistema.La sensibilidad se hace especialmente importante en procesos de recirculacin, es decir, procesos en lo que existe la posibilidad de que la salida del sistema influya en el mismo. Los sistemas con recirculacin tienen dos fuentes de entrada los flujos normales hacia el interior del sistema ms los flujos que dependen de la salida del sistema. 2.3 Control todo o nada (on off)

Loscontroladores s/no, tambin llamados de encendido/apagado o todo/nada, son lossistemas de controlms bsicos. Estos envan una seal de activacin (s, encendido o 1) cuando la seal de entrada es menor que un nivel de referencia (definido previamente), y desactivan la seal de salida (no, apagado o 0) cuando la seal de entrada es mayor que la seal de referencia.Los controladores s/no son utilizados entermostatosdeaire acondicionado. Estos activan el aire fro (s) cuando latemperaturaes mayor que la de referencia (la de preferencia del usuario) y lo desactivan (no) cuando la temperatura ya es menor (o igual) que la de referencia.

2.4 Control Proporcional

Un controlador proporcional calcula la diferencia entre la seal de variable de proceso y la seal de setpoint, lo que vamos a llamar como error. Este valor representa cuanto el proceso se est desviando del valor del setpoint, y puede ser calculado como SP-PV o como PV-SP, dependiendo si es que o no el controlador tiene que producir un incremento en su seal de salida para causar un incremento en la variable de proceso, o tener un decremento en su seal de salida para hacer de igual manera un incremento de PV (variable de proceso). Esta manera como nosotros hacemos esta sustraccin determina si un controlador ser reverse-acting (accin inversa) o direct-acting (accin directa). La direccin de accin requerida por el controlador es determinada por la naturaleza del proceso, transmisor, y elemento final de control. En este caso, asumimos que un incremento en la seal de salida enviada a la vlvula tiene como consecuencia un incremento en el flujo de vapor, y por tanto temperatura alta, entonces nuestro algoritmo necesitar ser de accin inversa reverse-acting (por ejemplo un incremento en la medida de temperatura tiene como resultado un decremento de la seal de salida; error calculado como SP-PV). Este error es entonces multiplicado por un valor constante llamado ganancia, la cual es programada dentro del controlador. Este resultado, ms una cantidad de bias, entonces la seal de salida hacia la vlvula sera:

m = Kp*e + b

Donde: m = Salida del controlador e = Error (diferencia entre PV y SP) Kp = ganancia proporcional B = bias

2.5 control Integrador.Los integradores nos permiten modelar sistemas dinmicos lineales y no lineales descritos mediante un modelo en espacio de estados. El hecho de que los sistemas sean representados mediante ecuaciones diferenciales implica que ser necesario integrar dichas ecuaciones para poder simular cul ser la evolucin temporal del sistema. Simulan ofrece una herramienta de integracion Numrica que incluye varios mtodos de integracin. Esto permite integrar seales temporales, Independientemente de que el sistema sea lineal o no.

El modo de control Integral tiene como propsito disminuir y eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El control integral acta cuando hay una desviacin entre la variable y el punto de consigna, integrando esta desviacin en el tiempo y sumndola a la accin proporcional. Elerroresintegrado, lo cual tiene la funcin depromediarloosumarlopor un perodo determinado; Luego es multiplicado por una constanteKi. Posteriormente, la respuesta integral es adicionada al modo Proporcional para formar el control P + I con el propsito de obtener una respuesta estable del sistema sin error estacionario.El modo integral presenta un desfasamiento en la respuesta de 90 que sumados a los 180 de la retroalimentacin ( negativa ) acercan al proceso a tener un retraso de 270, luego entonces solo ser necesario que el tiempo muerto contribuya con 90 de retardo para provocar la oscilacin del proceso. > Se caracteriza por el tiempo de accin integral en minutos por repeticin. Es el tiempo en que delante una seal en escaln, el elemento final de control repite el mismo movimiento correspondiente a la accin proporcional.El control integral se utiliza para obviar el inconveniente del offset (desviacin permanente de la variable con respecto al punto de consigna) de la banda proporcional.La frmula del integral est dada por:

2.6 Control derivativoLa accin derivativa se manifiesta cuando hay un cambio en el valor absoluto del error; (si el error es constante, solamente actan los modos proporcional e integral).El error es la desviacin existente entre el punto de medida y el valor consigna, o "Set Point".La funcin de la accin derivativa es mantener el error al mnimo corrigindolo proporcionalmente con la misma velocidad que se produce; de esta manera evita que el error se incremente.Se deriva con respecto al tiempo y se multiplica por una constante D y luego se suma a las seales anteriores (P+I). Es importante adaptar la respuesta de control a los cambios en el sistema ya que una mayor derivativa corresponde a un cambio ms rpido y el controlador puede responder acordemente.La frmula del derivativo est dada por:

El control derivativo se caracteriza por el tiempo de accin derivada en minutos de anticipo. La accin derivada es adecuada cuando hay retraso entre el movimiento de la vlvula de control y su repercusin a la variable controlada.

Cuando el tiempo de accin derivada es grande, hay inestabilidad en el proceso. Cuando el tiempo de accin derivada es pequeo la variable oscila demasiado con relacin al punto de consigna. Suele ser poco utilizada debido a la sensibilidad al ruido que manifiesta y a las complicaciones que ello conlleva.El tiempo ptimo de accin derivativa es el que retorna la variable al punto de consigna con las mnimas oscilacionesEjemplo: Corrige la posicin de la vlvula (elemento final de control) proporcionalmente a la velocidad de cambio de la variable controlada.

La accin derivada puede ayudar a disminuir el rebasamiento de la variable durante el arranque del proceso. Puede emplearse en sistemas con tiempo de retardo considerables, porque permite una repercusin rpida de la variable despus de presentarse una perturbacin en el proceso.

2.7 Controlador PID (proporcional, integral y derivativo)El objetivo de los ajustes de los parmetros PID es lograr que el bucle de control corrija eficazmente y en el mnimo tiempo los efectos de las perturbaciones; se tiene que lograr la mnima integral de error. Si los parmetros del controlador PID (la ganancia del proporcional, integral y derivativo) se eligen incorrectamente, el proceso a controlar puede ser inestable, por ejemplo, que la salida de este vare, con o sin oscilacin, y est limitada solo por saturacin o rotura mecnica. Ajustar un lazo de control significa ajustar los parmetros del sistema de control a los valores ptimos para la respuesta del sistema de control deseada. El comportamiento ptimo ante un cambio del proceso o cambio del "setpoint" vara dependiendo de la aplicacin. Generalmente, se requiere estabilidad ante la respuesta dada por el controlador, y este no debe oscilar ante ninguna combinacin de las condiciones del proceso y cambio de "setpoints". Algunos procesos tienen un grado de no linealidad y algunos parmetros que funcionan bien en condiciones de carga mxima no funcionan cuando el proceso est en estado de "sin carga". Hay varios mtodos para ajustar un lazo de PID. El mtodo ms efectivo generalmente requiere del desarrollo de alguna forma del modelo del proceso, luego elegir P, I y D basndose en los parmetros del modelo dinmico. Los mtodos de ajuste manual pueden ser muy ineficientes. La eleccin de un mtodo depender de si el lazo puede ser "desconectado" para ajustarlo, y del tiempo de respuesta del sistema. Si el sistema puede desconectarse, el mejor mtodo de ajuste a menudo es el de ajustar la entrada, midiendo la salida en funcin del tiempo, y usando esta respuesta para determinar los parmetros de control. Ahora describimos como realizar un ajuste manual.

2.8 Mtodos Ziegler Nichols para la sintonizacin de controladores PIDEl mtodo de Ziegler-Nichols permite ajustar o "sintonizar" unregulador PIDde forma emprica, sin necesidad de conocer las ecuaciones de la planta o sistema controlado. Estas reglas de ajuste propuestas por Ziegler y Nichols fueron publicadas en 1942 y desde entonces es uno de los mtodos de sintonizacin ms ampliamente difundido y utilizado. Los valores propuestos por este mtodo intentan conseguir en el sistema realimentado una respuesta al escaln con un sobrepulso mximo del 25%, que es un valor robusto con buenas caractersticas de rapidez y estabilidad para la mayora de los sistemas.El mtodo de sintonizacin de reguladores PID de Ziegler-Nichols permite definir las ganancias proporcional, integral y derivativa a partir de la respuesta del sistema en lazo abierto o a partir de la respuesta del sistema en lazo cerrado. Cada uno de los dos ensayos se ajusta mejor a un tipo de sistema.

Sintonizacin por la respuesta al escalnEste mtodo de sintonizacin se adapta bien a los sistemas que son estables en lazo abierto y que presentan un tiempo de retardo desde que reciben la seal de control hasta que comienzan a actuar.Para poder determinar la respuesta al escaln de la planta o sistema controlado, se debe retirar el controlador PID y sustituirlo por una seal escaln aplicada al accionador.

En la siguiente figura se muestra la modificacin que hay que realizar al sistema de control en lazo cerrado para convertirlo en un sistema en lazo abierto que responda a una seal escaln, retirando el controlador PID:

En la imagen siguiente se puede ver representado en rojo la entrada escaln al accionador o seal c(t). En azul se representa la salida del sistema medida por el sensor o seal h(t). El escaln de entrada c(t) debe estar entre el 10% y el 20% del valor nominal de entrada.Como puede apreciarse, la respuesta del sistema presenta un retardo, tambin llamado tiempo muerto, representado por T1.

Para calcular los parmetros se comienza por trazar una lnea recta tangente a la seal de salida del sistema (curva azul). Esta tangente est dibujada en la imagen con una recta a trazos.Eltiempo T1corresponde altiempo muerto. Este es el tiempo que tarda el sistema en comenzar a responder. Este intervalo se mide desde que la seal escaln sube, hasta el punto de corte de la recta tangente con el valor inicial del sistema, que en este caso es el valor 25C

Eltiempo T2es eltiempo de subida. Este tiempo se calcula desde el punto en el que la recta tangente corta al valor inicial del sistema hasta el punto en el que la recta tangente llega al valor final del sistema.

Adems de estos dos tiempos caractersticos tambin hay que calcular la variacin de la seal escalndXy la variacin de la respuesta del sistemadY.En el caso de ejemplo que aparece en las imgenes, la variacin de la seal escaln corresponde a dX = 5 voltios de seal de control c(t) y la variacin del sistema corresponde a dY = 200C medidos por el sensor h(t).A partir de estos valores se puede calcular la constante del sistema Ko:Ko = (dX * T2) / (dY * T1)

Y a partir de la constante Ko se pueden calcular los parmetros del controlador PID con accin solo proporcional (P), proporcional e integral (PI) o proporcional integral y derivativa (PID):KpTiTd

PKo

PI0.9*Ko3.3*T1

PID1.2*Ko2*T10.5*T1

La constanteKpcorresponde a la ganancia proporcional,Ties la constante de tiempo integral yTdes la constante de tiempo derivativa. En el caso de tener el controlador PID configurado con las ganancias integralKiy derivativaKden vez de los tiemposTiyTd, hay que tener en cuenta las siguientes relaciones entre ellos:Ki = Kp / Ti

Kd = Kp * Td

Con lo cual la tabla de valores para ajustar el controlador PID ser la siguiente:KpKiKd

PKo

PI0.9*Ko0.27*Ko/T1

PID1.2*Ko0.60*Ko/T10.60*Ko*T1

2.9 Sistemas de clases.

Un sistema de control es un conjunto de dispositivos encargados de administrar, ordenar, dirigir o regular el comportamiento de otro sistema, con el fin de reducir las probabilidades de fallo y obtener los resultados deseados. Por lo general, se usan sistemas de control industrial en procesos de produccin industriales para controlar equipos o mquinas.

Existen dos clases comunes de sistemas de control, sistemas de lazo abierto y sistemas de lazo cerrado. En los sistemas de control de lazo abierto la salida se genera dependiendo de la entrada; mientras que en los sistemas de lazo cerrado la salida depende de las consideraciones y correcciones realizadas por la retroalimentacin. Un sistema de lazo cerrado es llamado tambin sistema de control con realimentacin. Los sistemas de control ms modernos en ingeniera automatizan procesos en base a muchos parmetros y reciben el nombre de controladores de automatizacin programables (PAC).

Objetivos:Los sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:1. Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos.2. Ser eficiente segn un criterio preestablecido evitando comportamientos bruscos e irreales.Necesidades de la supervisin de procesosLimitaciones de la visualizacin de los sistemas de adquisicin y control.Control vs MonitorizacinControl software. Cierre de lazo de control.Recoger, almacenar y visualizar informacin.Minera de datos.