Control Cascada

Control en Cascada

Se define como la configuración donde la salida de un controlador de realimentación es el punto de ajuste para otro controlador de realimentación, por lo menos. Más exactamente, el control de cascada involucra sistemas de control de realimentación o circuitos que estén ordenados uno dentro del otro.

Existen dos propósitos para usar control cascada:

1. Eliminar el efecto de algunas perturbaciones haciendo la respuesta de regulación del sistema más estable y más rápido.

2. Mejorar la dinámica del lazo de control.

La estructura de control en cascada tiene dos lazos un lazo primario con un controlador primario también llamado “maestro” K1(s) y un lazo secundario con un controlador secundario también denominado “esclavo”K2(s), siendo la salida del primario el punto de consigna del controlador secundario La salida del controlador secundario es la que actúa sobre el proceso.

Características:

a) Produce estabilidad en la operación

b) Las perturbaciones en el lazo interno o secundario son corregidas por el controlador secundario, antes de que ellas puedan afectar a la variable primaria.

c) Cualquier variación en la ganancia estática de la parte secundaria del proceso es compensada por su propio lazo.

d) Las constantes de tiempo asociadas al proceso secundario son reducidas drásticamente por el lazo secundario.

e) El controlador primario recibe ayuda del controlador secundario para lograr una gran reducción en la variación de la variable primaria.

f) Es menos sensible a errores de modelado.

g) Incremento de la capacidad de producción.

h) Es aplicable solo cuando pueden obtenerse mediciones de variables adicionales de proceso.

i) Requiere medir las perturbaciones en forma explícita, y además es necesario un modelo para calcular la salida del controlador.

j) En algunas aplicaciones la variable controlada no puede medirse y la realimentación no puede realizarse.

Control de relación anticipativa

En éste tipo de control, la información relacionada con una o más condiciones que puedan perturbar la variable controlada, se realimentan para minimizar la desviación de la variable controlada. En sistemas que poseen tiempos de retardo importantes con desviaciones de magnitud y duración distintas, la señal de error es detectada mucho tiempo después que se ha producido el cambio de carga, por lo cual, la corrección correspondiente es retardada y ocurre a veces que el controlador actúa cuando no se necesita porque se ha eliminado el cambio de carga que dio lugar a la corrección. El control anticipativo ( feed-forward ) se basa en la medición de una o más variables de entrada y actúa simultáneamente sobre la variable manipulada que produce la salida deseada del proceso. Con el control anticipativo, se cancelan los efectos indeseables de perturbaciones medibles al compensarlos antes de que se perciban en la salida. Este tipo de control requiere un conocimiento exacto y completo de las características estáticas y dinámicas del proceso, así como de la forma como las perturbaciones afectan la salida del proceso. Su diseño se basa en un sistema de cómputo que tiene como entradas las señales que provienen de la medición de las perturbaciones y como salida la modificación que debehacerse en la variable manipulada para que la variable controlada no se desvíe de su punto de referencia. De ésta manera, la variable perturbadora entra simultáneamente con la acción correctiva con lo que impide la desviación que se produciría en la variable controlada. Esta corrección antes de que se produzca el error da el nombre de anticipativa a esta acción de control. Un sistema de control realimentado corrige las perturbaciones sobre la salida después de que estas afecten a la salida. La idea del control anticipativo es medir las perturbaciones a la salida y actuar antes de que afecten.

Funcionamiento:

Detectar la perturbación y actuar sobre el proceso adelantándose al efecto que producen sobre la variable controlada

El control anticipativo es capaz de seguir rápidamente los cambios dinámicos (estado transitorio), pero puede presentar un error estático considerable. Por tal motivo, regularmente se aplica combinado con el control retroalimentado.

El controlador anticipativo se diseña a partir de dicho modelo.

Se utiliza control anticipativo para las perturbaciones medibles más significativas (las más frecuentes y de mayor magnitud).

Características:

1) No es posible medir todas las perturbaciones.

2) Errores de modelado.

3) Controlador anticipativo resultante no realizable.

4) Se utiliza cuando las perturbaciones significativas afectan más directamente a la variable de salida que se desea controlar

5) Este tipo de perturbaciones se denominan perturbaciones a la salida ó de carga

6) Utiliza la medida de la propia perturbación (o de una variable auxiliar de la que inferir su valor) para actuar antes de que la perturbación se propague a la salida

7) Un caso particular es el control de proporción o de relación

Control de Procesos Discontinuos

Es aquel en que la modificación de la variable manipulada no es continua sino que solo puede tomar un valor máximo o un valor mínimo. Estos pueden valores pueden ser: abierto o cerrado, conectado o desconectado, etc. Un ejemplo de estos sistemas es el calentador de agua eléctrico.

El sistema funciona calentando agua mediante una resistencia eléctrica la cual se conecta o se desconecta, según el valor de la temperatura en el recipiente, por la acción de un bimetálico (comúnmente conocido como termostato), el cual al calentarse se deforma. Este elemento sirve a la vez de instrumento de medición, controlador y elemento final de control. Ya que cuando el agua se calienta hasta el valor deseado su deformación hace que se desconecte el circuito eléctrico apagando la resistencia eléctrica y cuando el agua se enfría se vuelve a enderezar conectando de nuevo el circuito con lo cual la resistencia vuelve a calentar el agua.

Características:

1) Detecta las variables perturbadoras y toma la acción correctiva antes de que la variable controlada se desvié de su punto de referencia.

2) Útil para procesos con tiempo muerto y de respuesta dinámica muy lenta.

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