Un regulador puede representarse de forma simplificada del siguiente modo:
El elemento de comparación y la función de regulación describen el comportamiento del regulador.
A continuación se describen los principales tipos de reguladores. La respuesta indicial de un regulador revela mucho acerca del comportamiento de este. La respuesta indicial describe la reacción de un regulador al cambio inconstante del valor real.
Los tres tipos básicos de reguladores son los siguientes:
Regulador proporcional (regulador P)
Regulador integral (regulador I)
Regulador diferencial (o regulador D; no se describe aquí)
Los reguladores pueden combinar los tres tipos. Así, por ejemplo, un regulador PI es un regulador de acción proporcional e integral.
Regulador P
El regulador proporcional (regulador P) modifica la magnitud manipulada M proporcionalmente al error de regulación. El regulador P funciona sin retardo. No permite eliminar errores de regulación.
MPn = kP × en
MPn: magnitud manipulada del regulador P en el momento n
kP: ganancia del regulador P
en: error de regulación en el momento n
La figura siguiente muestra el salto del valor real y la respuesta indicial del regulador:
Resumen
El regulador P tiene las siguientes características:
No puede corregir fallos del proceso regulado > error de regulación duradero.
Reacciona sin retardo a un cambio del valor real.
Es estable.
Regulador I
Un regulador integral (regulador I) modifica la magnitud manipulada M proporcionalmente al error de regulación y al tiempo. El regulador I funciona con retardo. Corrige por completo un error de regulación.
Para calcular el valor de la magnitud manipulada en el momento n es preciso dividir en segmentos pequeños el tiempo transcurrido hasta ese momento. Los errores de regulación al final de cada segmento de tiempo deben sumarse (es decir, integrarse) para obtener el resultado.
MIn = kI × (TS / TI) × (en + en-1 + en-2 + en-3 + … + e0) = kI × (TS / TI) × en + MIn-1
MIn: magnitud manipulada del regulador I en el momento n
MIn-1: magnitud manipulada del regulador I en el momento n-1; también denominada suma integral
kI: ganancia del regulador I
TS: período de muestreo, duración de un segmento de tiempo
TI: Tiempo integral: durante este tiempo se controla la influencia de la acción integral sobre la magnitud manipulada; también se denomina tiempo de acción integral.
en: error de regulación en el momento n
en-1: error de regulación en el momento n-1; etc.
e0: error de regulación al iniciar los cálculos
La figura siguiente muestra el salto del valor real y la respuesta indicial del regulador:
Resumen
El regulador I tiene las siguientes características:
Ajusta exactamente el valor real a la magnitud piloto.
Es propenso a oscilaciones y no es estable.
Requiere más tiempo para el proceso de regulación que el regulador P.
Regulador PI
Un regulador PI reduce el error de regulación inmediatamente y elimina el error de regulación restante.
Mn = MPn + MIn = kP × en + kI × (TS / TI) × en + MIn-1
Mn: magnitud manipulada en el momento n
MPn: acción proporcional de la magnitud manipulada
MIn: acción integral de la magnitud manipulada
MIn-1: magnitud manipulada del regulador I en el momento n-1; también denominada suma integral
kP: ganancia del regulador P
kI: ganancia del regulador I
TS: período de muestreo, duración de un segmento de tiempo
TI: tiempo integral; durante este tiempo se controla la influencia de la acción integral sobre la magnitud manipulada; también se denomina tiempo de acción integral
en: error de regulación en el momento n
La figura siguiente muestra el salto del valor real y la respuesta indicial del regulador:
Resumen
El regulador PI tiene las siguientes características:
El componente del regulador P captura rápidamente un error de regulación que ocurra.
Seguidamente, el componente del regulador I elimina el error de regulación restante.
Los componentes del regulador se complementan, de modo que el regulador PI trabaja de forma rápida y precisa.