Principios básicos de control y regulación

En ingeniería, las magnitudes se pueden tanto controlar como regular.

En el control se influye en una magnitud sin que con ello puedan compensarse influencias externas. En la regulación, una magnitud se mantiene en un valor determinado, siendo posible compensar las influencias externas.

En el ejemplo siguiente, "controlar" significa que la persona puede ajustar la potencia de calefacción a un valor fijo. El radiador no puede compensar el descenso de la temperatura ambiente cuando se abre la ventana.

En el ejemplo de abajo, "regular" significa que la persona puede aumentar la potencia de calefacción si la temperatura ambiente desciende por debajo de los 20 °C. Si la temperatura ambiente aumenta por encima de los 20 °C, se reduce la potencia de calefacción.

Principios básicos de regulación

En el ejemplo, la corriente para la calefacción eléctrica es la magnitud manipulada. La resistencia modificable es el actuador. La mano que acciona el actuador es el accionador. La temperatura ambiente real es la variable regulada o el valor real. La temperatura ambiente deseada es la magnitud piloto o el valor de consigna. La calefacción eléctrica es el proceso regulado. El termómetro es el sensor. El descenso de temperatura debido a la ventana abierta es la magnitud perturbadora.

En definitiva, esto significa que la persona mide el valor real (temperatura ambiente) en el sensor (termómetro), compara el valor real (temperatura ambiente) con la magnitud piloto (temperatura ambiente deseada) y regula con el accionador (mano) por medio del actuador (resistencia modificable) la magnitud manipulada (corriente para la calefacción), con objeto de compensar la magnitud perturbadora (descenso de temperatura debido a la ventana abierta). Así pues, la persona es el regulador.

El dispositivo de control comprende el actuador y el accionador.

El accionador y el regulador conforman el dispositivo de regulación.

La figura siguiente muestra una representación abstracta de la situación descrita arriba.

El elemento de comparación compara mediante el sensor la magnitud piloto con el valor real. Si la magnitud piloto difiere del valor real, se produce un error de regulación positivo o negativo que, a su vez, provoca una modificación del valor real.

Lazo de regulación

Por medio del dispositivo de regulación, el valor real x influye en la magnitud manipulada M. De este modo, se crea un circuito cerrado que también se denomina lazo de regulación.

En el ejemplo anterior, cuando se abre la ventana desciende la temperatura ambiente. La persona debe aumentar la potencia de calefacción del radiador. Si se aumenta demasiado la potencia de calefacción, hará demasiado calor. La persona debe reducir entonces la potencia de calefacción.

Si la potencia de calefacción aumenta o disminuye con demasiada rapidez, el lazo de regulación empieza a oscilar. La temperatura ambiente fluctúa. Hace demasiado frío o demasiado calor. Para evitar esta situación, la persona debe aumentar o reducir la potencia de calefacción lentamente y con prudencia.

Error de regulación

El error de regulación es la diferencia entre la magnitud piloto y el valor real. En otras palabras, es la discrepancia entre un valor real y un valor de consigna.

e = SP – PV

El error de regulación (e) provoca una modificación de la magnitud manipulada M.

El ejemplo de arriba ilustra muy bien lo dicho anteriormente. Si con una temperatura prevista de 20 °C (= magnitud piloto SP), la temperatura ambiente es de 22 °C (= valor real PV), el error de regulación es:

e = SP – PV = 20 °C - 22 °C = -2 °C

El signo negativo significa una inversión de la acción, es decir, se reduce la potencia de calefacción.

En el estado de equilibrio de un lazo de regulación, el error de regulación es cero o muy pequeño. Si la magnitud piloto cambia u ocurre un fallo, se produce un error de regulación. La magnitud manipulada M corrige el error de regulación.

Principios básicos de regulación

Descripción de los distintos parámetros

Regulador PI

Control de calefacción

Rampa analógica