Un regulador puede representarse de forma simplificada del siguiente modo:
El elemento de comparación y la función de regulación describen el comportamiento del regulador.
A continuación se describen los principales tipos de reguladores. La respuesta indicial de un regulador revela mucho acerca del comportamiento de éste. La respuesta indicial describe la reacción de un regulador al cambio inconstante de la magnitud regulada.
Existen tres tipos básicos de reguladores:
Regulador proporcional (regulador P)
Regulador integral (regulador I)
Regulador diferencial (o regulador D; no se trata a fondo aquí)
Para un regulador real se combinan estos tipos. De este modo surge p. ej. el regulador PI.
Regulador P
El regulador proporcional (regulador P) modifica la magnitud manipulada M proporcionalmente al error de regulación. El regulador P funciona sin retardo. No puede eliminar un error de regulación.
MPn = kP × en
MPn: Magnitud manipulada del regulador P en el momento n
kP: Ganancia del regulador P
en: Error de regulación en el momento n
La figura siguiente muestra el salto de la magnitud regulada y la respuesta indicial del regulador:
Resumen
El regulador P tiene las siguientes características:
No puede corregir fallos del proceso regulado > error de regulación duradero.
Reacciona sin retardo a un cambio de la magnitud regulada.
Es estable.
Regulador I
Un regulador integral (regulador I) modifica la magnitud manipulada M proporcionalmente al error de regulación y al tiempo. El regulador I funciona con retardo. Corrige por completo un error de regulación.
Para calcular el valor de la magnitud manipulada en el momento n es preciso dividir en segmentos pequeños el tiempo transcurrido hasta ese momento. Los errores de regulación al final de cada segmento de tiempo deben sumarse (es decir, integrarse) para obtener el resultado.
MIn = kI × (TS / TI) × (en + en-1 + en-2 + en-3 + … + e0) = kI × (TS / TI) × en + MIn-1
MIn: Magnitud manipulada del regulador I en el momento n
MIn-1: Magnitud manipulada del regulador I en el momento n-1; también denominada suma integral
kI: Ganancia del regulador I
TS: Tiempo de muestreo, duración de un segmento de tiempo
TI: Tiempo integral: durante este tiempo se controla la influencia de la acción integral sobre la magnitud manipulada; también se denomina tiempo de acción integral.
en: Error de regulación en el momento n
en-1: Error de regulación en el momento n-1 etc.
e0: Error de regulación al iniciar los cálculos
La figura siguiente muestra el salto de la magnitud regulada y la respuesta indicial del regulador:
Resumen
El regulador I tiene las siguientes características:
Ajusta exactamente la magnitud regulada a la magnitud piloto.
Es propenso a oscilaciones y no es estable.
Requiere más tiempo para el proceso de regulación que el regulador P.
Regulador PI
Un regulador PI reduce el error de regulación inmediatamente y elimina el error de regulación restante.
Mn = MPn + MIn = kP × en + kI × (TS / TI) × en + MIn-1
Mn: Magnitud manipulada en el momento n
MPn: Acción proporcional de la magnitud manipulada
MIn: Acción integral de la magnitud manipulada
MIn-1: Magnitud manipulada del regulador I en el momento n-1; también denominada suma integral
kP: Ganancia del regulador P
kI: Ganancia del regulador I
TS: Tiempo de muestreo, duración de un segmento de tiempo
TI: Tiempo integral; durante este tiempo se controla la influencia de la acción integral sobre la magnitud manipulada; también se denomina tiempo de acción integral
en: Error de regulación en el momento n
La figura siguiente muestra el salto de la magnitud regulada y la respuesta indicial del regulador:
Resumen
El regulador PI tiene las siguientes características:
El componente del regulador P captura rápidamente un error de regulación que ocurra.
Seguidamente, el componente del regulador I elimina el error de regulación restante.
Los componentes del regulador se complementan, de modo que el regulador PI trabaja de forma rápida y precisa.