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Es aquel instrumento que compara el valor medido con el valor deseado, en base a esta
comparación calcula un error (diferencia entre valor medido y deseado), para luego actuar
a fin de corregir este error .
Tiene por objetivo elaborar la señal de control que permita que la variable controlada
corresponda a la señal de referencia.

1. Dependencia del
Operador
2. Baja Eficiencia
3. Limitación en Escalas
Grandes
Desventajas
1. Sistemas Industriales
2. Control de Válvulas
3. Sistemas de Energía y
Combustibles:
1. Simplicidad
2. Costo Bajo
3. Control Directo
Ventajas
Controlador Manual
Aplicaciones:

Controlador Neumatico
1. Rapidez y Eficiencia
2. Bajo Costo y Mantenimiento
3. Seguridad
4. Simplicidad
5. Limpieza
Ventajas
1. Limitacion en la
fuerza
2. Consumo de energía
3. Fugas
Desventajas
1. Maquinas
2. Sistemas de envasado
3. Automotriz
Aplicaciones

los controladores electrónicos más usados son : computadoras con tarjetas de adquisición de
datos, PLC (controladores lógicos programables), microcontroladores (PIC).
Controlador
Electrónico
1. Precisión
2. Flexibilidad
3. Automatización
4. Interactividad
5. Integración
Ventajas
1. Complejidad del diseño
2. Costos
3. Dependencia de la
electricidad
4. Fallos en el software
Desventajas

Los sistemas de control realizan operaciones de control con verificación y en
algunos casos, dependiendo de las características de los sistemas, regulación.
En los sistemas, la señal de salida puede o no afectar al rendimiento del
sistema. Por esta razón, se hace una distinción entre dos sistemas diferentes,
circuito abierto y cerrado
4.1 Aplicaciones de
Sistemas de Lazo Abierto
y Lazo Cerrado.

[LAZO ABIERTO]
Los sistemas de control de lazo abierto no utilizan una señal de retroalimentación y, por lo tanto,
no son tan precisos ni estables como los sistemas de control de lazo cerrado.

2.
CONTROL DE DISPOSITIVOS
ELÉCTRICOS EN
INTERMITENCIA
1.
SISTEMAS DE
CONTROL DE
TIEMPO
4.
SISTEMAS DE
RIEGO EN
AGRICULTURA
3.
Control de Velocidad
de Motores en Sillas
Eléctricas o
Ventiladores
APLICACIONES

[LAZO CERRADO]
En un sistema en lazo cerrado se puede colocarse un medidor y transmisor de temperatura que
realimente el sistema hacia el controlador y mantenga de esa forma la temperatura en su lugar
deseado.

2.
Control de velocidad de
motores eléctricos
1.
Control de
temperatura
4.
Control de
posición
3.
Control de nivel de
líquidos
APLICACIONES
5.
Control de presión en
sistemas de fluidos
6.
Control de procesos
industriales

En el ámbito de la instrumentación y el control de procesos, es fundamental
regular variables como temperatura, presión, caudal y nivel para garantizar el
funcionamiento eficiente y seguro de los sistemas industriales.
4.2 MODOS DE CONTROL
APLICADOS EN
INSTRUMENTACION

MODOS DE
CONTROL:
On-Off.
Proporcional
Proporcional + Integral
Proporcional + Derivativo
Proporcional + Integral + Derivativo

• El desarrollo de estos modos de control
responde a la necesidad de mejorar la
estabilidad, la precisión y la eficiencia en los
sistemas automatizados.
• El control On-Off, aunque es simple, genera
variaciones bruscas y no es adecuado para
procesos que requieren estabilidad fina.
• El control proporcional mejora la respuesta,
pero deja un error permanente.
• Al añadir términos integral y derivativo, se
logra un balance entre corrección de error,
estabilidad y velocidad de respuesta.
¿Por qué se utilizan estos
modos de control?

Acción de control de dos posiciones o de
encendido y apagado (en/off).
En un sistema de control de dos posiciones, el
elemento de actuación solo tiene dos posiciones
fijas que, en muchos casos, son simplemente
encendido y apagado.
4.2.1. ON-
OFF.

Los controladores neumáticos proporcionales con ganancias muy altas funcionan como controladores
de dos posiciones y, en ocasiones, se denominan controladores neumáticos de dos posiciones se
muestra un sistema de control de líquido que es controlado por una acción de control de dos
posiciones.
El controlador podría ser también neumático, electrónico o digital con dos únicas señales de salida
excitando una válvula neumática, dotada de un posicionador electroneumático o digitoneumático

Características
• Tiene dos posiciones estables: encendido (on) y
apagado (off)
• Compara el valor medido con el valor deseado
• Activa la acción cuando la variable controlada
está por debajo del valor deseado
• Desactiva la acción cuando la variable
controlada está por arriba del valor deseado
• Son la forma más simple de control por
realimentación.
• Funcionan óptimamente en procesos con
tiempo de retardo mínimo y velocidad de
relación lenta.
• Tienen un simple mecanismo de construcción.
• Se utilizan mayormente en sistemas de
regulación de temperatura
.
Consideraciones
• No se recomienda usar el control on/off en
aplicaciones sensibles
• La inercia térmica de la carga puede hacer que
aparezca un cierto grado de oscilación
• Para evitar dañar los dispositivos de control
finales se puede agregar un diferencial on-off o
histéresis a la función del controlador
Desventajas de los controladores on-off
• No se recomienda usar el control on-off en
aplicaciones sensibles.
• La inercia térmica de la carga hace que
aparezca un cierto grado de oscilación, lo que
puede afectar a la calidad del producto.

4.2.2 Proporcional
El control proporcional ajusta la salida del controlador en función del error (diferencia entre el valor
deseado y el valor real). La relación entre la salida del controlador y el error.

Ecuación del controlador proporcional
𝑚=𝑘𝑝 ∗𝑒+𝑏
Salida de
control Ganancia
proporcional Error
(SP-PV) o
(PV-SP)
Bias
SP = Set Point
PV = Variable de proceso

Acción directa Acción inversa
𝑚=𝑘𝑝 ∗𝑒+𝑏
𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒ñ 𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑒 ñ𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎

Desventajas
No elimina completamente el error en estado estable
(deja un error residual llamado "offset").
Si es muy alto, puede provocar oscilaciones o
inestabilidad en el sistema.
No tiene acción correctiva cuando el error es constante
(por ejemplo, en cargas variables).
Ventajas
• Respuesta rápida a cambios en
la variable de proceso.
• Fácil de implementar y ajustar
• Reduce la oscilación en
comparación con un control
solo ON/OFF.

4.2.3. Proporcional +Integral.
El control integral actúa cuando existe una desviación
entre la variable y el punto de
consigna, integrando dicha desviación en el tiempo y
sumándola a la acción de la
proporcional
En la siguiente figura puede verse las curvas de
la acción proporcional + integral
cuando hay un cambio de carga en el proceso.

4.2.4 Proporcional + Derivativo
El controlador derivativo se opone a desviaciones de la señal de entrada, con una respuesta que es
proporcional a la rapidez con que se producen éstas.
La salida de este regulador es:
Que en el dominio es de Laplace, será:
Por lo que su función de transferencia será:

El regulador diferencial tampoco actúa exclusivamente si no que siempre lleva asociada la
actuación de un regulador proporcional (y por eso hablamos de regulador PD), la salida del
bloque de control responde a la siguiente ecuación.
Que en el dominio de Laplace será:
Y por tanto la función de transferencia del bloque de control PD será:
En los controladores diferenciales, al ser la derivada de una constante igual a cero, el
control derivativo no ejerce ningún efecto, siendo únicamente práctico en aquellos casos en
los que la señal de error varía en el tiempo de forma continua.

(ejemplo)
Durante la conducción de un automóvil, cuando
los ojos (sensores/transductores) detectan la
aparición de un obstáculo imprevisto en la
carretera, o algún vehículo que invade
parcialmente nuestra calzada, de forma intuitiva,
el cerebro (controlador) envía una respuesta
instantánea a las piernas y brazos (actuadores), al
objeto de corregir la velocidad y dirección de
nuestro vehículo y así evitar el choque. Al ser muy
pequeño el tiempo de actuación, el cerebro tiene
que actuar muy rápidamente (control derivativo),
por lo que la precisión de la maniobra es muy
escasa, lo que provocará que bruscos
movimientos oscilatorios, (inestabilidad en el
sistema) pudiendo ser causa un accidente de
tráfico

4.2.5 Proporcional + Integral + Derivativo
• SP (Setpoint o punto de
referencia)
• PV (Process Variable o variable
de proceso)
• SP - PV (Error, e)

CONTROL PID
Suele ser uno de los mayormente utilizados; en este sistema se reúnen los 3 tipos de control, donde se suman las
ventajas de cada una de las acciones que se mencionaron
Kp=Nos da una salida proporcional al error
Ki=Da una salida proporcional al error acumulativo, nos da una respuesta lenta.
Kd=Se comporta de una manera previsoria

PID
La aplicaciones mas practicas de los PID en la industria son:
1. Control de caudal
2. Control de temperatura
3. Control de nivel de líquidos
4. Control de presión de gases
5. Control de motores eléctricos(compresores y bombas)

Podemos seleccionar algunos de los
siguientes criterios:
1. Que elimine el offset.
2. Que el bucle sea estable.
3. Que los efectos de las perturbaciones se
minimicen.
4. Que se obtengan respuestas rápidas y
suaves ante cambios.
5. Que el sistema sea robusto, esto es poco
sensible a cambiosestos son algunos puntos
basados en experiencia empirica.
4.3 Criterios para la Selección de un
controlador
METODO MATEMATICO.
Se puede utilizar, El método Matemático pero
existe un detalle en esta elección ya que; A
pesar de ser el mejor de todos los métodos
para el diseño y ser la base de los criterios de
selección, el técnico instrumentista puede
carecer de conocer el modelado y la aplicación
de métodos.
Las características de este método son:
1. Alta eficiencia y Eficacia.
2. Se calcula el valor del criterio adoptado
utilizando P,PI,PID con valores óptimos.

METODO CON ENFOQUE EMPIRICO
Así las cosas, es preferible recurrir a enfoques empíricos basados en la observación del efecto de
distintos de distintos controladores(P,PI o PID) sobre los procesos simulados.
1.-Control Proporcional.
• Acelera la respuesta del proceso controlado
• Produce un offset(excepto integradores puros)
2.-Control Integral.
• Elimina todo el offset
• Eleva las desviaciones máximas.
• Produce respuestas arrastradas y largas oscilaciones.
3.-Control Derivativo.
• Anticipa el error y actúa en función del error que iría a ocurrir.
• Estabiliza la respuesta del bucle cerrado.

4.4 Sintonización de Controladores
Los controladores son instrumentos que manipulan las
distintas variables que hay en el proceso industrial que
compensan los efectos de las perturbaciones del sistema.
Algunos de los controladores pueden no estar sintonizados
de la manera adecuada haciendo que el sistema este
propensos a efectos que no son óptimos.
La sintonización de los controladores es útil para aquellos
casos en que la obtención de información sobre variables
que son inherentes al proceso industrial no se conoce y
resulta complicado obtener información sobre ellas.

Métodos de Sintonización de Controladores
1 Método de Prueba y Error (Empírico)
• Se comienza con valores iniciales para
• Se observa la respuesta del sistema y se van ajustando
manualmente los parámetros hasta obtener el comportamiento deseado.
Si la respuesta es muy lenta → aumentar
Si hay oscilaciones → reducir o aumentar
Si hay error en estado estable → aumentar
Ejemplo:
Imagina que estás controlando la temperatura de un horno industrial. Si la temperatura sube y baja
mucho, reduces . Si tarda demasiado en alcanzar la temperatura deseada, aumentas o .

2
Método de Ziegler-Nichols
Este método es uno de los más utilizados para sintonizar controladores PID. Se basa en provocar
oscilaciones en el sistema y medir su comportamiento.
1. Se configura el sistema solo con control proporcional (sin ni ).
2. Se aumenta hasta que el sistema comience a oscilar de manera estable.
3. Se mide el período de oscilación (
) y la ganancia crítica ().
4. Se usan tablas para calcular los valores óptimos de , .
Tipo de Control (Proporcional) (Integral) (Derivativo)
P (Proporcional) 0.5 --- ----
PI (Proporcional + Integral) 0.45 1.2/ ----
PID (Proporcional +
Integral + Derivativo)
0.6 2/
/8
Cada fila de la tabla representa un tipo de controlador con una combinación diferente de términos
, , . Dependiendo del sistema, puedes elegir un controlador P, PI o PID y calcular los parámetros
𝑃 𝐼 𝐷
con las fórmulas.

3
Método de Cohen-Coon
Este método se basa en analizar la respuesta del sistema ante un escalón de entrada (un cambio
brusco en la señal de entrada).
1. Se introduce un cambio en la entrada del sistema y se mide la respuesta temporal.
2. Se determinan los parámetros del sistema, como tiempo muerto (L), constante de tiempo ( ).
𝑇
3. Se aplican fórmulas empíricas para calcular los valores de , .
Ventajas:
 Funciona bien en sistemas con retardos.
 Es más preciso que Ziegler-Nichols en algunos casos.
𝑘𝑝=
𝑇
𝐿 (1.35+
0.25 𝐿
𝑇 ) 𝑘𝑖=
𝐿
0.67+𝐿
𝑘𝑑=
0.37 𝐿
𝑇 +0.185 𝐿

4
Métodos Basados en Optimizacion
Se utilizan algoritmos y software para encontrar los mejores valores de . Se prueban muchas
combinaciones de valores en una simulación computacional y se elige la mejor.
Ejemplo de algoritmos usados:
1. Algoritmos Genéticos (imitan la evolución natural).
2. Optimización por Enjambre de Partículas (simula el comportamiento de grupos de animales).
3. Métodos de Gradiente (ajustan los valores matemáticamente).
Ejemplo:
Si diseñas un dron autónomo, puedes usar optimización
computacional para ajustar el controlador de vuelo y mejorar su
estabilidad.

4
Comparación de Métodos
Método Fácil de aplicar Precisión Requiere equipo
avanzado
Prueba y Error ✅ Sí ❌ Baja ❌ No
Ziegler-Nichols ✅ Sí ✅ Media ❌ No
Cohen-Coon ⚠️Intermedio ✅ Alta ❌ No
Optimización
Computacional
❌ No ✅✅ Muy Alta ✅ Sí
Ziegler-Nichols es el más popular en la industria, pero métodos más avanzados como Cohen-Coon o la
optimización por software pueden dar mejores resultados en ciertos casos.

Tipos de respuesta de un controlador piden
el proceso de sintonizacion
1 Tipo integrativo o integrating
• Es un sistema que no regresa automáticamente a un estado de equilibrio.
• Su salida sigue aumentando o disminuyendo constantemente cuando recibe una señal de
entrada.
• No tiene una respuesta estable sin un controlador adecuado.
• El método de Ziegler-Nichols es útil porque ajusta un PID para reducir oscilaciones y mejorar la
estabilidad.
EJEMPLO:
Un sistema de nivel de líquido: Si abres una válvula y
agregas agua, el nivel seguirá subiendo sin
estabilizarse a menos que la cierres o agregues un
control.

2 Tipo Auto-regulatorio
• Es un sistema que regresa naturalmente a un estado estable después de una perturbación.
• Tiene una tendencia a alcanzar un punto de equilibrio sin intervención externa.
• Métodos de sintonización como Ziegler-Nichols en lazo cerrado o Ajuste manual empírico
funcionan bien.
Ejemplo:
Horno eléctrico:
La temperatura aumenta hasta el punto deseado y se
estabiliza sola, por lo que un control PI ajustado
empíricamente puede ser suficiente.

3 Tipo Inestable
• Es un sistema que, cuando se le aplica una entrada, su respuesta crece sin control.
• No tiene una tendencia natural a estabilizarse, sino que se vuelve cada vez más inestable.
Se usan métodos de optimización avanzada, como:
 Métodos basados en modelos matemáticos (LQR, Control Predictivo, etc.)
 Sintonización basada en algoritmos genéticos o redes neuronales en casos más complejos.
EJEMPLO:
Fuga térmica en una batería de litio: Si una celda
de la batería se calienta demasiado, puede
generar más calor y desencadenar una reacción
en cadena.

Comparación de los tipos de respuestas de
un controlador PID en el proceso de
sintonizacion
Tipo de Sistema Comportamiento Ejemplo Sintonización
Requerida
Integrativo No se estabiliza
solo
Barco en el mar,
nivel de agua
PI o PID para evitar
desvío
Auto-regulatorio Se estabiliza
naturalmente
Horno, presión en
tanque
P o PI suelen ser
suficientes
Inestable Crece sin control Reacción química,
batería
PID avanzado o
control adaptativo

4.5 Comunicación del controlador
con otros instrumentos
Las comunicaciones entre los instrumentos de proceso y el sistema de control se basan en señales
analógicas neumáticas (0,2-1 bar utilizadas en pequeñas plantas y en las válvulas de control),
electrónicas de 4-20 mA c.c. y digitales, siendo estas últimas capaces de manejar grandes volúmenes
de datos y guardarlos en unidades históricas, las que están aumentando día a día sus aplicaciones.

Señal Neumática
Las primeras implementaciones de sistemas de control automático implicaban la transmisión neumática de
señales. Utilizaban aire comprimido como medio de transmisión y accionamiento de señales . Los comandos de
control se calculaban mediante elementos como resortes y fuelles. Las plantas utilizaban controladores
neumáticos locales, que eran grandes estructuras mecánicas. Posteriormente, estos se miniaturizaron y
centralizaron en paneles y consolas de control.

Señal Eléctronico Analógico
Al igual que en el control neumático, los dispositivos de
cálculo son mecánicos. Se utilizan convertidores de señales
eléctricas a señales de presión (transductores E/P) y de
presión a eléctricas (transductores P/E) para transmitir
señales que permiten la coexistencia de señales neumáticas y
eléctricas.

Señal Digítal
Las señales digitales son mucho menos sensibles al ruido. En
la señalización digital, buscamos dos niveles de señales, y la
magnitud de las señales se expresa como una combinación
de 1 y 0, que corresponde a la magnitud expresada como un
número binario.

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