25.10 : Interpretación del control de desfase en el dominio del tiempo y la frecuencia

Los controladores de desfase se utilizan ampliamente en sistemas de control para mejorar la estabilidad y reducir los errores de estado estable. Un regulador de intensidad que controla el brillo de una bombilla es un ejemplo práctico de control de desfase, ya que ajusta gradualmente el brillo de la bombilla. Matemáticamente, el control de desfase o filtrado de paso bajo se representa cuando el factor "a" es menor que 1.

Los controladores de desfase no colocan un polo en cero, sino que influyen en el error de estado estable amplificando cualquier constante de error finito distinto de cero por un factor determinado. Mejoran la amortiguación del sistema alineando estrechamente el polo y el cero, lo que mejora eficazmente la estabilidad. El valor de ganancia se puede ajustar para contrarrestar los cambios en el factor, lo que permite el uso del control de desfase sin alterar la función de transferencia de la ruta de avance.

La función de transferencia de un controlador de desfase se caracteriza por un factor de ganancia, incorporado en la ganancia directa. Este proceso de diseño comienza con la construcción del diagrama de Bode del sistema sin compensar, que visualiza la respuesta de frecuencia del sistema. Al establecer la ganancia de la ruta directa y determinar los márgenes de fase y ganancia a partir del diagrama de Bode, se puede lograr el margen de fase deseado.

El diagrama de Bode revela frecuencias de esquina en puntos específicos y muestra atenuación en frecuencias altas, lo que ilustra cómo el control de desfase filtra los componentes de frecuencia más alta. Esta acción de filtrado estabiliza el sistema al reducir las oscilaciones y mejorar la amortiguación, lo que genera ajustes más suaves en la salida del sistema.

En esencia, el control de desfase ajusta con precisión el comportamiento del sistema modificando la respuesta de frecuencia para mejorar la estabilidad y reducir los errores de estado estable. Esto es particularmente útil en aplicaciones como los interruptores de atenuación, donde los ajustes graduales son cruciales para un rendimiento óptimo. Al diseñar cuidadosamente el controlador de desfase utilizando diagramas de Bode y ajustando los valores de ganancia, los ingenieros pueden lograr el rendimiento deseado del sistema mientras mantienen la estabilidad y reducen los errores.