Controlador PID: tecnología de hace décadas para máquinas de última generación

No es poca la admiración que profeso hacia el protagonista de hoy, el controlador PID, que tanto he llegado a manejar a lo largo de mi formación reciente. Este tipo de controlador es uno de los más abundantes en la industria actual, pero tiene su origen hace más de 100 años. Comenzó a usarse en máquinas bélicas con el ánimo de tener un control automático sobre la estabilidad y maniobravilidad de las naves marítimas y aéreas. 

Para entender de manera simplificada cómo actúa un controlador PID, pensemos en un ascensor: si decidimos subir desde el primer piso hasta el cuarto, normalmente es este tipo de control el que hace que el ascensor se pare en el cuarto, y que no suba hasta el 5º, luego rebote hasta el 3º, y finalmente se detenga en el 4º. Es decir, controla el motor del ascensor en función de la distancia que queda hasta llegar al destino. Esto se consigue mediante una correcta selección de los valores numéricos del controlador PID. Normalmente el ascensor va midiendo en todo momento la diferencia entre la altura actual y la altura destino; lo que se conoce como sistema de realimentación.

La siguiente imagen extraída de la Wiki muestra el comportamiento del PID con distintos valores.

Uno de los problemas más difíciles que ponen a los estudiantes de ingeniería en ingeniería de control es el del péndulo invertido, que consiste en conseguir que un péndulo rígido con la bolita en su parte superior, permanezca vertical, pero solo actuando horizontalmente sobre un carrito. La siguiente imagen muestra este mecanismo:

Los científicos se enfrentaron a este problema en los 60 y 70, y probablemente a mí también me pareció un problema del ámbito puramente académico en su momento, hasta que se empieza a ver por la calle cosas como estas:

Una prueba del gran avance de la tecnología es que hoy en día cualquiera puede construir un sistema de péndulo invertido o doble péndulo invertido con Arduino o Raspberry por 100€. ¿Sirve de algo?

En los cohetes, la fase inicial consiste en mantener en una dirección predeterminada un cuerpo esbelto a partir de un empuje en su extremo inferior; algo así como el problema del péndulo.

No sólo eso: también última tecnología como los coches autónomos u otros robots emplean muchos controladores PID que continuamente miden su posición respecto a la posición final a la que quieren llegar. Al contrario de lo que muchas personas puedan pensar, esta técnica de navegación normalmente no emplea inteligencia artificial, no se aprende. El PID es un control determinista: ante "x" situación, haz "y". Lo más difícil en la navegación robótica es obtener la trayectoria a seguir por la máquina, pero una vez logrado, el movimiento con PIDs es una de las técnicas más sencillas, robustas y simples con las que los ingenieros contamos.

Tecnología clásica, pero usado en la vanguardia.



Corrección: El Segway no sigue exactamente el mecanismo de péndulo invertido