Departamento de Control, División de Ingeniería Eléctrica
Facultad de Ingeniería UNAM
Reglas de sintonía de
controladores PID
México D.F. a 14 de Noviembre de 2006
Reglas de Ziegler-Nichols para sintonizar controladores PID
Los controladores PID son ampliamente usados en los sistemas
de control industrial.
Se aplican a la mayoría de los sistemas de control. Pero se
aprecia más su utilidad cuando el modelo de la planta a controlar
no se conoce y los métodos analíticos no pueden ser empleados.
El controlador PID recibe una señal de entrada (generalmente es
el error e (t ) ) y proporciona una salida (acción de control, u (t ) )

1 t
de ( t ) 
u ( t )  K p  e ( t ) 

 e ( t ) dt   d
 i 
dt 

Reglas de Ziegler-Nichols para sintonizar controladores PID
Entonces, la función de transferencia del controlador PID es


1
G c ( s )  K p  1 
  d s 
 is


donde K p es la ganancia proporcional, i el tiempo integral y  d
es el tiempo derivativo. El esquema habitual de uso del
controlador PID es:
.




1
K p 1 
ds
 is


planta
Figura1. Control PID de una planta.
Reglas de Ziegler-Nichols para sintonizar controladores PID
Reglas de Ziegler-Nichols para sintonización de controladores PID
Ziegler y Nichols propusieron una serie de reglas para afinar
controladores PID con base a una respuesta experimental.
Definieron dos métodos.
Primer método. Se obtiene experimentalmente la respuesta de
la planta a una entrada escalón y si la respuesta no tiene
oscilaciones y además posee un retardo tal que se forma una
“ese”, puede obtenerse los parámetros del controlador PID
utilizando el primer método. En la figura 2 se observa la
respuesta en forma de s.
Reglas de Ziegler-Nichols para sintonizar controladores PID
Esta respuesta se caracteriza con el tiempo de atraso L y la
constante de tiempo T . Y se puede aproximar por un sistema de
primero orden con atraso de transporte.
C (s)
U (s)

Ke
 Ls
Ts  1
c (t )
recta tan gente al punto
de inf lexión
t
L
T
Figura 2. Curva experimental en forma de “ese”
Reglas de Ziegler-Nichols para sintonizar controladores PID
para obtener L y T , se traza una recta tangente al punto de
inflexión de la respuesta, la intersección con el eje del tiempo y
con el valor final de la amplitud forman las distancias L y T .
Con L y T , se obtienen los parámetros del controlador PID
utilizando la tabla 1.
Tipo de controlador
Kp
i
d
T

0
P
L
PI
0 .9
PID
1 .2
T
L
L
0 .3
0
T
L
2L
0 .5 L
Tabla 1. Valores de sintonización, método uno.
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Segundo método. Se utiliza para sistemas que pueden tener
oscilaciones sostenidas. Primero se eliminan los efectos de la
parte integral y derivativa. Después, utilizando solo la ganancia
K p , haga que el sistema tenga oscilaciones sostenidas. El valor
de ganancia con que se logre esto se llama ganancia crítica
K cr , que corresponde a un periodo crítico Pcr .
.
.
Pcr
t
Figura 3. Oscilación sostenida.
Reglas de Ziegler-Nichols para sintonizar controladores PID
Con los valores de K cr y Pcr se calculan lo valores de los
parámetros del controlador PID, utilizando la tabla 2..
Tipo de controlador
Kp
i
d
P
0 . 5 K cr

0
PI
0 . 45 K cr
PID
0 . 6 K cr
1
2
Pcr
0 . 5 Pcr
0
0 . 125 Pcr
Tabla 2. Valores de sintonización, método dos.
Reglas de Ziegler-Nichols para sintonizar controladores PID
Ejemplo: Utilice las reglas de Ziegler-Nychols para encontrar los
parámetros del controlador PID del siguiente sistema de control
R(s)




1
K p 1 
ds
 is


1
C (s)
s ( s  1)( s  2 )
Figura4. Control PID de una planta.
Solución:
Como el sistema tiene un integrador, se usa el método dos. Se
cancela la parte integral y derivativa del controlador. Se obtiene
la función de transferencia de lazo cerrado
C (s)
R(s)

Kp
s  3s  2 s  K p
3
2
Reglas de Ziegler-Nichols para sintonizar controladores PID
De la ecuación característica se obtiene el valor de la ganancia
que produce oscilaciones sostenidas
s  3s  2 s  K p  0
3
2
( j  )  3( j  )  2 ( j  )  K p  0
3
2
 j   3  j 2   K p  0
3
2
Kp 6
 
2
El valor de ganancia es la ganancia crítica
K cr  6
Mientras que el período crítico se obtiene de   2
Pcr 
2

 4 . 4428
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Por último se calculan los parámetros del controlador PID:
K p  0 . 6 K cr  3 . 6
 i  0 . 5 Pcr  2 . 2214
 d  0 . 125 Pcr  0 . 55536036
1


G c ( s )  3 .6  1 
 0 . 55536 s 
2 . 2214 s


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