25.8 : Controladores de adelanto de fase y de atraso de fase

La comprensión del funcionamiento de los diferentes tipos de controladores se puede ilustrar con analogías prácticas, como ajustar el ecualizador de volumen de un estéreo. Para aumentar los graves se utiliza un controlador de fase adelantada, que funciona como un filtro de paso alto, mientras que para aumentar los agudos se utiliza un controlador de fase retrasada, que actúa como un filtro de paso bajo. Los controladores PD, similares a los filtros de paso alto, mejoran la respuesta del sistema a los componentes de alta frecuencia. Los controladores PI, similares a los filtros de paso bajo, gestionan los componentes de baja frecuencia para reducir los errores de estado estable. Los controladores PID pueden funcionar como filtros de paso de banda o de atenuación de banda, equilibrando los ajustes de alta y baja frecuencia.

Un controlador con adelanto de fase introduce un cambio de fase positivo en el sistema en un rango de frecuencia específico, lo que mejora la capacidad de respuesta del sistema. Por el contrario, un controlador con atraso de fase introduce un cambio de fase negativo, lo que estabiliza el sistema al atenuar los componentes de alta frecuencia. Ambos tipos de controladores se pueden representar mediante una única función de transferencia. Si el primer parámetro es mayor que el segundo, la función se comporta como un filtro de paso alto; si es menor, actúa como un filtro de paso bajo.

La implementación de estos controladores se puede lograr mediante un circuito de amplificador operacional. La función de transferencia de un circuito de este tipo relaciona los voltajes de entrada y salida a través del producto de las relaciones de dos capacitores y la suma de los productos de resistencia y capacitancia para cada ruta. Simplificar el diseño mediante la igualación de los capacitores reduce el número de parámetros de diseño de cuatro a tres, lo que agiliza la ecuación del circuito.

Además, las constantes pueden reemplazar la relación de resistencias y el producto de resistencia por capacitancia, lo que hace que el diseño del circuito sea más sencillo. Este enfoque permite un ajuste preciso de las características de adelanto o atraso de fase, según los requisitos de la aplicación. Al ajustar estos parámetros, los ingenieros pueden controlar eficazmente la estabilidad y el rendimiento del sistema, aprovechando los principios fundamentales de los filtros de paso alto y paso bajo para lograr los resultados deseados.