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Inicio/Engineering/Thermostat: on/off vs PID

Thermostat: on/off vs PID

Modelo térmico de habitación de primer orden: calefacción por relé con histéresis frente a la potencia continua de un controlador PID.

Plant & control

22 °C
18 °C
0.12 1/s
2.8 °C/s at u=1
0.35 °C

Sobre el modelo

Un termostato mantiene la temperatura cerca de la consigna, encendiendo y apagando la calefacción o el enfriamiento. El regulador de dos posiciones más simple, con histéresis, evita que el relé rebote por el ruido del sensor: la calefacción entra por debajo del umbral inferior y se apaga por encima del superior. La ley PID da potencia continua y, si la ganancia es excesiva, produce sobreimpulso. La inercia térmica del volumen — capacidad calorífica, pérdidas al ambiente y potencia del calefactor — limita la rapidez con que cambia T. El modelo es de capacidad concentrada: sin gradientes de temperatura en la habitación ni retardos del actuador.

Para quién: Cursos introductorios de teoría de control y de térmica doméstica; junto al laboratorio del controlador PID.

Conceptos clave

  • consigna
  • histéresis
  • control de dos posiciones
  • zona muerta
  • inercia térmica
  • pérdidas de calor
  • sobreimpulso
  • retroalimentación

Cómo funciona

El regulador de dos posiciones con histéresis mantiene la temperatura entre umbrales y no deja que el relé rebote. La inercia térmica suaviza las oscilaciones; el PID da potencia continua sobre la misma retroalimentación de T.

Preguntas frecuentes

¿Por qué no se puede dejar exactamente T = T_set?
El sensor y la planta tienen inercia y ruido. Sin histéresis o sin modular la potencia, el actuador conmutaría demasiado seguido.
¿Es el mismo PID que el del carrito?
El mismo lazo de retroalimentación, pero la planta térmica suele ser lenta y la parte derivativa hay que filtrarla por el ruido.
¿Qué cambia una masa térmica grande?
La inercia suaviza las oscilaciones, pero retrasa la respuesta: una constante de tiempo mayor.
¿Los termostatos «inteligentes» rompen este esquema?
Añaden horario, sensores de presencia y un pronóstico, pero el lazo «midió T — encendió la calefacción» sigue siendo el mismo.