25.7 : Controlador PID

Los controladores proporcionales-integrales-derivativos (PID) se utilizan ampliamente en diversos sistemas de control para mejorar la estabilidad y el rendimiento. En un termostato, ajusta la calefacción o la refrigeración en función de la diferencia de temperatura entre los niveles reales y deseados. Se utilizan a menudo en sistemas de velocidad de automoción, ya que gestionan de forma eficaz los cambios repentinos de velocidad y mantienen una velocidad constante en condiciones variables. Por otro lado, los controladores PI, que se emplean habitualmente en la regulación de tensión, mejoran la estabilidad y reducen el error de estado estable, pero aumentan el tiempo necesario para alcanzar la tensión deseada.

Un controlador PID combina las características de los controladores PD y PI, equilibrando sus respectivas ventajas y abordando sus limitaciones. Al diseñar un controlador PID, inicialmente se lo trata como una parte PI conectada en serie con una parte PD. La constante proporcional de la sección PD se establece en la unidad, ya que el controlador PID requiere solo tres parámetros.

En primer lugar, se activa únicamente el componente de DP. La ganancia derivada se ajusta para lograr la estabilidad deseada, que se evalúa observando el sobreimpulso máximo en el dominio del tiempo y las mediciones del margen de fase en el dominio de la frecuencia. Este paso garantiza que el controlador responda rápidamente a los cambios, manteniendo al mismo tiempo una estabilidad adecuada.

A continuación, se seleccionan las ganancias integrales y proporcionales para la sección PI para cumplir con los requisitos generales de estabilidad. La ganancia integral ayuda a eliminar errores de estado estable, mientras que la ganancia proporcional ajusta la respuesta del sistema, lo que garantiza que el controlador cumpla con los criterios de estabilidad relativa.

Al combinar estos componentes, un controlador PID gestiona eficazmente tanto el comportamiento transitorio como el de estado estable, ofreciendo una solución de control más completa. Los elementos proporcional, integral y derivativo trabajan juntos para proporcionar una respuesta equilibrada, mitigando los inconvenientes de utilizar controladores PD o PI por separado. Este enfoque integrado es esencial en aplicaciones que requieren un control preciso y estable, como en termostatos y diversos sistemas industriales.