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Inicio/Ingeniería/Controlador PID (1D)

Controlador PID (1D)

Carrito en un riel: coeficientes Kp, Ki, Kd e impulsos aleatorios de velocidad hacia la consigna x = 0.

Coeficientes

2.4
0.6
0.85
2.2

Modelo: mẍ = u, u = Kp e + Ki ∫e dt + Kd ė, e = x_consigna − x, m = 1. La derivada sobre la velocidad medida corresponde a la forma habitual «PD en posición + I» para sostener la consigna.

Magnitudes medidas

Posición x1.200
Velocidad v0.000

Sobre el modelo

El controlador PID mantiene el carrito en el riel junto a la consigna x = 0. El error es e = −x (consigna nula); el mando u = Kp e + Ki ∫e dt + Kd ė fija la aceleración: ẍ = u con m = 1. El término proporcional tira hacia la meta, el integral quita el error estacionario ante una perturbación constante, el derivativo amortigua la velocidad. Los impulsos aleatorios Δv representan empujones. No hay saturación del actuador, fricción seca ni retardo del sensor. Un Kp grande da oscilaciones, un Ki grande satura el integrador (windup), Kd aplaca el sobrepaso.

Para quién: Teoría de control automático: PID, consigna, rechazo de perturbaciones.

Conceptos clave

  • controlador PID
  • consigna
  • señal de error
  • error estacionario
  • sobrepaso
  • retroalimentación negativa

Cómo funciona

Modelo mẍ = u, m = 1, u = Kp e + Ki ∫e dt + Kd ė, e = −x. En pantalla, el carrito, la consigna x = 0 y los x, v, u actuales. El impulso suma Δv. Un Kp grande oscila, Ki quita el resto pero puede saturar el integrador, Kd aplaca el pico.

Preguntas frecuentes

¿Qué no puede Kp y para qué sirve Ki?
El término proporcional mira solo la e actual. Ante un empujón constante el carrito se detiene donde Kp·e equilibra la perturbación: queda un error estacionario. El integral acumula las e pasadas y da fuerza aun con un error instantáneo chico, hasta que el desplazamiento se va a cero.
¿Por qué Kd a veces suaviza el recorrido?
El término derivativo responde a la velocidad del error. Cuando el carrito vuela hacia el cero, Kd frena y baja el sobrepaso. Un Kd demasiado grande deja el lazo lerdo o realza el ruido: aquí no hay ruido de sensor, así que se ve sobre todo el amortiguador.
¿Qué figuran los impulsos aleatorios de velocidad?
Empujones externos: una ráfaga, un salto de carga, un golpe. Un PID bien ajustado debe devolver x a la consigna. El impulso cambia v de inmediato; después se mira cómo Kp, Ki y Kd atienden el desvío.
¿Qué falta frente a un actuador real?
No hay saturación de fuerza, retardo del sensor, fricción seca ni holgura. El mando se vuelve aceleración al instante. En el laboratorio esos efectos son justo los que rompen el PID «de aula».