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Control de Procesos
TEMA 8. LAZOS DE CONTROL
LAZOS DE CONTROL.
Feedback - Feedforward.
CONTROL DE PROCESOS
Curso 2013-2014
LAZO ABIERTO
Definición: Aquellos en los que la señal de salida del sistema (variable
controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control
(variable de control).
L(t)
r(t)
m(t)
u(t)
CONTROLADOR
ACTUADOR
x(t)
PROCESO
Características
No se compara la salida del sistema con el valor deseado de la salida
del sistema (referencia).
Para cada entrada de referencia le corresponde una condición de
operación fijada.
La exactitud de la salida del sistema depende de la calibración del
controlador.
En presencia de perturbaciones estos sistemas de control no
cumplen su función adecuadamente.
CONTROL DE PROCESOS
Curso 2013-2014
LAZO ABIERTO
Diagrama de bloques
L(s)
M(s)
X: variable salida
GL(s)
+ +
GM(s)
L: perturbación potencial (“disturbance”)
m: variable manipulada disponible
X(s)
 Ejemplo: tanque agitado con calefacción, Fe=cte
Agua fría
Vapor de
Agua
Te(s)
Fe, Te
GTe (s)
Fv
h
F, T
GQ (s)
Q(s)
Agua
caliente
+
+
T(s)
T s   GTe  Te s   GQ  Q s 
GTe 
1
k
 Cp Fe
GQ 

Ah

1
s
s 1
Fe
k
1

Ah
s

1
s 1
Fe
Proceso lazo abierto: no controlado
CONTROL DE PROCESOS
Curso 2013-2014
LAZO CERRADO. FEEDBACK - retroalimentación
Definición: Aquellos en los que la señal de salida del sistema (variable
controlada) tiene efecto directo sobre la acción de control
(variable de control).
L(t)
Xc
Punto de
consigna
+
-
Xm (t)
error
e(t)
c(t) Elemento m(t)
Controlador
final de
control
Proceso
X(t)
Medidor
Transmisor
 En este tipo de control se mide la variable controlada, y su valor se
compara con el del punto de consigna. El error, es la diferencia entre estas
dos variables.
 Utilizando el valor de este error, el controlador genera un nuevo valor de
salida que modifica la posición del elemento final de control. Esto se realiza
continuamente hasta que el valor del error se hace cero.
CONTROL DE PROCESOS
Curso 2013-2014
LAZO CERRADO. FEEDBACK - retroalimentación
Diagrama de bloques
L
Proceso
Xm: valor indicado por el sensor de medida
GL
Xc +
Xm
e
-
B(s) m
Controlador
GM
+
Error = e = Xc-Xm = valor suministrado al controlador
+
X
F. T. Lazo cerrado
Agua
fría
X
GM K c
GL
Xc 
L
1  GM K c
1  GM K c
Te, W
Ejemplo intercambiador de calor:
T, W
pa
Agua
caliente
F
m
Tc
q
v
TC
TT
T
Condensado
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Curso 2013-2014
Ventajas del Control Feedback

El control feedback no necesita conocer el origen de las perturbaciones.

Requiere una mínima información acerca del proceso. No es necesario
conocer la función de transferencia del sistema que se desea controlar.

Es un control totalmente empírico. Sólo se requiere saber el “sentido
correcto del control”, es decir, si un incremento en el error debe de
producir un incremento en la apertura de la válvula o al revés.
Desventajas del Control Feedback

Tiene que existir perturbación para que empiece a haber control. Es decir,
el control siempre es a posteriori, y requiere que exista un cambio en el
valor de la variable controlada, o del punto de consigna. Así por ejemplo, en
el caso del intercambiador, si la temperatura de entrada de la corriente de
proceso desciende, el sistema de control no comenzará a actuar hasta que
eso se traduzca en una variación de la temperatura de salida.
CONTROL DE PROCESOS
Curso 2013-2014
CONTROL FEEDFORWARD o control directo
Se utiliza cuando las perturbaciones afectan de forma significativa a la
variable controlada (y no existe una variable de proceso intermedia que
refleje la perturbación y a la que también afecte la variable de proceso
manipulada).
Objetivos:
Detectar la perturbación y actuar sobre el proceso adelantándose al efecto
que producen sobre la variable controlada
Para poder actuar de forma anticipada es necesario conocer como se
comporta el proceso a cambios en la variable de perturbación (modelo de
perturbación)
EL controlador anticipativo se diseña a partir de dicho modelo.
CONTROL
ANTICIPATIVO
m(t)
PROCESO
d1
d2
y(t)
El controlador anticipativo
mide la perturbación, en lugar
de la variable controlada, antes
de que se propague a la salida.
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Curso 2013-2014
CONTROL FEEDFORWARD o control directo
El diagrama de bloques:
F(s)
GF
GD
+
+
m(s)
Gp
+
+
La variable de entrada, Fs , es
perturbada,
el
controlador
feedforward detecta la perturbación,
actúa sobre la variable manipulada
dando una señal m(s) al sistema con la
función de transferencia Gp.
Tm(s)
Tm ( s )  G D ( s )  F ( s )  G P ( s )  m ( s )
Como la variable de salida debe mantenerse constante, su perturbación debe
ser 0, en términos de variables de perturbación X(s) = 0
G D (s)  F (s)  G P (s)  m(s)  0
GF  
G D (s)
G p (s)
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Curso 2013-2014
• Para diseñar un control feedforward hay que conocer GD y Gp, y detectar lo
más rápidamente posible la perturbación.
• En teoría, se puede conseguir un control perfecto (se elimina cualquier
perturbación).
• El lazo siempre es estable. (por propia definición de GF, la respuesta de
salida es siempre cero, independientemente del valor de la perturbación en
F(s)).
• Hay que construir un controlador concreto que tenga la GF requerida
Agua
fría
Vapor
de
Agua Te,q
pa
T0,Q
u
FY
T, Q
Agua
caliente
FT
F
q
v
w
TC
TT
Condensado
CONTROL DE PROCESOS
Curso 2013-2014
 El controlador anticipativo depende de los modelos del proceso a las entradas
de control y perturbación
 Teóricamente logra un control perfecto, pero en la práctica no es 100% viable
por:
 No es posible medir todas las perturbaciones (las que no se miden no se
compensan)
 Hay errores de medida en las variables
 No hay modelos perfectos del proceso, son aproximados y simples
 No siempre se puede realizar la acción de control calculada. (Anticipación
excesiva por ser la corrección más lenta que el efecto).
 Por todo ello, se suele combinar con el control realimentado
 Se utiliza control anticipativo para las perturbaciones medibles más
significativas (las más frecuentes y de mayor magnitud)
 El control realimentado se encarga de compensar las perturbaciones que no se
miden y las imperfecciones inherentes al control anticipativo
CONTROL DE PROCESOS
Curso 2013-2014
T
CONTROL FEEDFORWARD + REALIMENTACIÓN
F(s)
GF
GD
Tr(t)
+
-
B
u +
+
m(s)
Gp
Tm(s)
Tm (s)  GP (s)M(s)  GF (s)GFT (s)F (s)  GD (s)F (s) 
 GP (s)B(s)Tr (s)  Tm (s)  GF (s)GFT (s)GP (s)  GD (s) F (s)
GP (s)B(s)
G (s)GF (s)  GD (s)
Tm (s) 
Tr (s) 
F (s)
1  GP (s)B(s)
1  GP (s)B(s)
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Curso 2013-2014
Función de transferencia FB-FF :
Tm (s) 
GP (s)GC (s)
G (s)GF (s)  GD (s)
F (s) 
Tr (s)
1  GP (s)GC (s)
1  GP (s)GC (s)
Función de transferencia FB puro:
X
GL
GM B(s )
L (s) 
X c (s )
1  GM B(s)
1  GM B(s)
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Curso 2013-2014
Ventajas del Control Feedforward

Se asegura que el sistema es estable y que para una perturbación en la
variable medida el control es perfecto.

La perturbación se corrige antes de entrar al sistema.
Desventajas del Control Feedforward

Para que funcione el lazo feedforward el elemento medidor de la variable
de entrada debe ser muy rápido.

Hay que construir el propio controlador

Hay que conocer las funciones de transferencia de la variable de salida
respecto a la variable manipulada

Cualquier perturbación del bloque GL1,no
independientemente de haber conseguido X=0
se
puede
detectar
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sp
pa
CONTROL
FEEDFORWARD
FF
FT
FC
FT
TT
Fv
sp
TT
q
T
Condensado
FF+FB
sp
pa
CONTROL
FEEDFORWARD
FT
FC
FT
TT
Fv
q
TC
sp
TT
T
Condensado
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Curso 2013-2014
Control Feedforward - Feedback
Ventajas
Inconvenientes
FF
•Elimina perturbaciones antes de •Acción F(s) aproximada
entrar al sistema
•Hay que detectar la propia
perturbación
•Es inherentemente estable
•Hay que construir un controlador
específico con
FB
•Hay que detectar el efecto
producido por la perturbación
•Disponibilidad de
instrumentación comercial
•Produce sobrepasajes,
oscilaciones, corrimientos
•La perturbación ya ha producido
un efecto a su paso por el sistema
FB-FF
•El FF corrige una gran parte de
la perturbación y el FB corrige
la imperfecciones del FF
•Coste
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Curso 2013-2014
Conceptos de diseño
 Considerar los aspectos dinámicos y de control a nivel de planta piloto
 Si la planta se diseña con pocas consideraciones sobre dinámica y control
pueden encontrarse grandes problemas posteriores
Por ej.:
 Tener previstos suficientes volúmenes en exceso sobre el calculado para
prever cambios de nivel importantes
 poner áreas de intercambio de calor con un cierto margen de exceso
 poner detectores y sensores con los puntos más adecuados para evitar
retrasos por señales falseadas
 Usar feedforward para perturbaciones grandes y frecuentes
 Evitar tiempos de retraso (tiempos muertos) en lazos de retrocontrol (originan
no linealidades)
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Curso 2013-2014
Control Feedforward o control directo
PT
PC
TT
LT
R
LC
F
FT
FY
TC
FC
FT
D
TC
FT
FC
TT
V
LT
LC
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CONTROL DE PROCESOS
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