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Controlador: definición, tipos de controladores. Control proporcional Control integral Control proporcional-integral Control derivativo Control proporcional-inegral-derivativo
Tipo: Apuntes
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El controlador es un elemento en el sistema en lazo cerrado que tiene como entrada la señal error y
produce una salida que se convierte en la entrada al elemento correctivo. Existen tres tipos de
controladores: proporcional , integral y derivativo. En algunos sistemas es necesario mejorar el
desempeño del controlador, lo cual se logra al introducir en el sistema de control elementos
adicionales llamados compensadores.
La salida del controlador es directamente proporcional a su entrada; la entrada es la señal de error, e ,
la cual es una función del tiempo.
Donde kp es una constante llamada ganancia proporcional. La salida del controlador depende sólo
de la magnitud del error en el instante en el que se considera. La función de transferencia, G c
(s) para
el controlador es
𝑐
𝑝
El controlador es sólo un amplificador con ganancia constante. En cierto tiempo, un error grande
produce una salida grande del controlador.
Debido a que la salida es proporcional a la entrada, si la entrada al controlador es un error en la forma
de un escalón, entonces la salida es también un escalón, y es exactamente una versión a escala de la
entrada.
El control proporcional es de la forma
La función de transferencia en lazo abierto es 𝐺 𝑜
𝑝
𝑝
La salida del controlador es proporcional a la integral de la señal de error e con el tiempo,
donde ki es la constante llamada ganancia integral. Ésta tiene unidades de
𝟏
𝒔
. La función de
transferencia para el controlador G c
(s) es
𝑐
𝑖
𝑡
0
La figura muestra qué pasa cuando el error es de la forma de un escalón. La integral entre 0 y t es, de
hecho, el área bajo la gráfica del error entre 0 y t.
Al tomar la transformada de Laplace de la ecuación (1) da por resultado la función de transferencia
𝑐
𝑖
El control proporcional es de la forma
La función de transferencia en lazo abierto es
𝑜
𝑖
𝑝
Para tal combinación la salida del controlador es
proporcionar una acción correctiva grande antes de que se presente un error grande en realidad. Sin
embargo, si el error es constante, entonces no hay acción correctiva, aun si el error es grande. O sea,
el control derivativo es insensible a señales de error constantes o que varían con lentitud y, en
consecuencia, no se usa solo, sino combinado con otras formas de controlador.
Al tomar la transformada de Laplace de la ecuación (3) resulta una función de transferencia
𝑐
𝑑
El control derivativo es de la forma
Dará una salida, para una entrada de error e ,
La función de transferencia del controlador es
𝑐
𝑝
𝑖
𝑑
Otra manera de representarla es
𝒅
se llama constante de tiempo derivativo.
El control proporcional integral derivativo es de la forma