Andrés Salgado de DSF tecnologías nos envía este articulo para su publicación el cual le agradecemos de antemano su colaboración así como la colaboración en el día a día del trabajo que llevamos a cabo.
En las instalaciones de grupos electrógenos en paralelo es frecuente encontrar equipos de sincronización, control de cos, control de kW,de kVAr, etc. Estos equipos suelen requerir un ajuste de reguladores PID, bien mediante potenciómetros, bien mediante programación con menús.
Muchas veces es complicado realizar un ajuste eficiente de las regulaciones PID, lo que se traduce en inestabilidades en el sistema. La intención de este artículo es la de ayudar al técnico de puesta en marcha a entender cómo actúa una regulación PID y cuál es el método práctico para ajustarla.
Un poco de teoría ¿Qué es una regulación PID? Una regulaciónPID (Propocional + Integral + Derivativa) en lazo cerrado es un tipo de control de procesos muy extendido en la industria. El diagrama de una regulación de este tipo puede verse en la figura 1. El funcionamiento de este esquema es muy sencillo:
(figura-1)
C(s) es la acción o la salida de la regulación PID. Normalmente, C(s) actúa sobre un elemento de control: actuador proporcional conectado a una bomba de inyección, señal de control de AVR, etc. R(s) es el valor de consigna, es decir, el valor que deseamos que tome el sistema: puede ser una velocidad de 1500 rpm, un factor de potencia de 0,95 o una potencia base de 1.400 kW, por ejemplo. Este valor es comparado con H(s), que es lamedida de C(s). Es decir, H(s) es un detector magnético de velocidad, un transductor de potencia activa, etc. El resultado de la comparación se denomina E(s). Este valor se modifica mediante la función G(s), que para simplificar, podemos decir que es la regulación PID. Para finalizar con la teoría, la relación entre la salida del regulador, C(s), y el valor deconsigna, R(s), es la siguiente:
Así, la acción sobre el elemento de control depende de los valores de la regulación PID y del punto de consigna. Esta fórmula se conoce como “Relación de transferencia en lazo cerrado”.
AHORA UN EJEMPLO PRÁCTICO:
Para tratar de entender mejor lo que es una regulación PID, vamos a tratar de inventarnos una. Vamos a realizar un experimento con nuestro coche, que no tiene regulador automático de velocidad y tiene el depósito lleno (punto a tener muy en cuenta...).
1.- Imaginemos que queremos ir en nuestro coche a una velocidad constante de100 km/h y por una carretera llana. Para conseguirlo, no tenemos más que empezar a pisar el acelerador para que el coche alcance los 100 km/h deseados.En cuanto nuestro velocímetro indiquela velocidad deseada, dejaremos nuestro pie quieto.
2.- ¿Qué ocurrirá si nos encontramos con una cuesta arriba? Si no modificamos la posición de nuestro pie, el coche perderá velocidad. Como seguimos queriendo ir a 100km/h, pisaremos un poco más el acelerador.
3.- De repente, la cuesta arriba ya se ha terminado y la carretera vuelve a estar llana. Pero nos damos cuenta de que el coche no va a 100 km/h, sino que su velocidad es mayor. Por lo que pisaremos menos el acelerador.
4.- Pero hemos dejado de pisar demasiado,y vemos que el velocímetro bajade 100, de 95, de 90 km/h y como queremos seguir yendo a 100 km/h, damos un pisotón al acelerador.
5.- Ahora vemos que el velocímetro no solo marca 100 km/h, sino que marca 102, 104 km/h, por lo que pisaremos menos el acelerador.
6.- Cuando el velocímetro indique 100km/h de manera continua, dejaremos quieto nuestro pie. Seguro que habéis realizado todas estas acciones alguna vez. Bien, aunque no os lo parezca, habéis actuado conforme a la regulación PID. ¿Sorprendidos?
Pues ahora lo aclaramos todo:En el punto 1 habéis actuado como una Ganancia Proporcional. En el punto 2, como una Ganancia Integral. En los puntos 3, 4 y 5, como una Ganancia Derivativa. En el punto 6, volvéis a actuar como una Ganancia Proporcional.
DESPUES DEL EXPERIMENTO....
En base al resultado del experimento, podemos definir cada tipo de ganancia:
Ganancia Proporcional: es la acción de la regulación PID cuando no hay cambio ni en el punto de consigna ni en el proceso. Esta acción está siempre presente y su magnitud variará en función del punto de consigna.
Ganancia Integral: es la acción de la regulaciónPID para corregir un error permanente entre el punto de consigna y el valor medido. La ganancia Integral tratará de que la E(s) sea 0.
Ganancia Derivativa: quizá es la más complicadade definir. Es la acción de la regulaciónPID que está directamente relacionadacon la magnitud del cambio en el proceso y con su dirección. De alguna manera viene a complementar a la ganancia proporcional.
LA TEORÍA ESTÁ BIEN, PERO MEJOR LA PRÁCTICA.
En una regulación PID, un 80% del trabajolo realiza la Ganancia Proporcional, un 15% la ganancia Integral y el 5% restante, cuando es necesario, la Ganancia Derivativa.
Pero...... ¿cómo las ajustamos para obtener la respuesta deseada?
A continuación podéis encontrar un método práctico y eficiente en la mayoríade los casos:
1. Ajustamos las ganancias Integral y Derivativa a 0.
2. Aumentamos la Ganancia Proporcional poco a poco hasta que consigamos aproximarnos al punto de consigna, aunque el sistema sea inestable. En este momento, debemos reducir la Ganancia Proporcional hasta que el sistema vuelva a ser estable(no importa que no hayamos alcanzado el punto de consigna deseado).
3. Lo más probable es que la respuesta del sistema esté por debajo o por encima del punto de consigna deseado. Si este es el caso, habrá que aumentar la Ganancia Integral. ¡Ojo! Si al aumentar la Ganancia Integral entramos en inestabilidad, debemos reducirla hasta encontrar el punto de estabilidad.
4. Si aún disminuyendo la Ganancia Integral seguimos teniendo inestabilidad, debemos aumentar ligeramente la Ganancia Derivativa. Ahora, llega el momento de comprobar si los ajustes que hemos realizado son los correctos. Para ello, tenemos que introducir una inestabilidad en el sistema (podemos mover el varillaje de la regulación de velocidad,aplicar un pulso de carga,...) y debemos observar la respuesta del sistema. La respuesta óptima de la regulación PID se muestra en la figura 2. Si la respuesta ante la perturbación no escorrecta, debemos repetir los pasos 2 a 4 hasta que consigamos el resultado deseado.
En algunos casos nos en contraremos con denominaciones distintas para las ganancias: Proporcional: Ganancia, Gain, Kpr.
Derivativa: Stability, Estabilidad. Tv.
Integral: Reset, Tn.
En otros casos, no tendremos todas las ganancias para ajustar. Es posible que algunas ganancias, que siempre serán la Integral y/o la Derivativa, tengan un valor fijo, con lo que no existirá el potenciómetro o el parámetro correspondiente. En las figuras 3 a 7 se muestran algunos ejemplos de respuesta de una regulación de velocidad frente a los diferentes ajustes de las ganancias PID.
Pueden descargar el artículo completo en formato pdf.
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