6. Bloques de tiempo, filtro, control y tabla

Todos los bloques de este capítulo, excepto las tablas y los vectores, están en el menú Lógicas. Las tablas y los vectores están en Tablas.

Todos se ejecutan en cada ciclo de la función, nominalmente 1 ms (1 kHz): el intervalo depende de la carga del procesador. Cada ejecución es un ciclo. Cada ficha trae entradas, salida, campos de la pantalla, regla de cálculo y costo de memoria.

#Tiempo y conteo

#Retardo

Retarda el cambio de estado de una señal de encendido/apagado (en la pantalla, el bloque se llama Atraso). No retarda un valor analógico.

La salida solo acompaña a la entrada después de que el nuevo estado dura el tiempo ajustado. En Retardo de encendido, si la entrada vuelve a 0 antes del tiempo, la cuenta se cancela. En Retardo de apagado, si vuelve a 1, la salida pasa a 1 al instante. En Ambos, cada cambio reinicia la cuenta: un pulso más corto que el tiempo ajustado no llega a la salida.

Memoria: 16 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 14 bytes de configuración (límite de 2048).

#Temporizador cíclico

Alterna sin parar entre una fase encendida y una apagada y pone en la salida el valor de la fase actual. Sirve de generador de pulsos.

Período = Tiempo On + Tiempo Off. Fracción encendida = Tiempo On ÷ (Tiempo On + Tiempo Off). No hay entrada para habilitar ni para reiniciar: el bloque funciona desde que la función se carga. El conteo es en milisegundos enteros: un tiempo fraccionario vale el entero siguiente (7,14 se vuelve 8 ms) y 0 vale 1 ms.

Memoria: 12 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 14 bytes de configuración (límite de 2048).

#Contador

Cuenta cuántas veces sube el disparo. Se satura en el máximo: no vuelve a cero solo.

Creciente: sube hasta el Conteo máximo y se queda en él. Decreciente: parte de 0 y baja hasta el valor negativo del Conteo máximo; no hay valor inicial ajustable. Las subidas con Habilitar en 0 o con Restablecer en alto se pierden. Soltar el Restablecer con el Disparador todavía en alto no genera conteo.

Memoria: 8 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 16 bytes de configuración (límite de 2048).

#Rampa

Lleva la salida de un valor inicial a un valor final en un tiempo fijo, cuando la señal de disparo supera un límite.

La rampa se define por la duración, no por la tasa: pendiente = (Valor final − Valor inicial) ÷ Tiempo de rampa. Caer por debajo de Reactivar abajo de: en medio de la rampa no la interrumpe. Al rearmarse, la salida vuelve de una vez a Valor inicial. Valor inicial y Valor final se leen en cada ciclo: cambiarlos durante la rampa tuerce la trayectoria.

Memoria: 12 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 20 bytes de configuración (límite de 2048).

#Muestra y Retén

Muestreo y retención (en inglés, Sample and Hold): guarda el valor de una señal en el instante en que un disparo cambia y mantiene ese valor en la salida hasta el disparo siguiente.

No hay entrada de reinicio: la salida solo cambia en una captura.

Memoria: 8 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 7 bytes de configuración (límite de 2048).

#Detector de Pico

Retiene el mayor (o el menor) valor visto en la entrada y, si usted quiere, deja que ese pico decaiga con el tiempo.

Con Tasa de decaimiento mayor que 0, el pico se acerca a la entrada en línea recta, por el tiempo real medido, y nunca la cruza. Ejemplo: el pico fue 1 y la entrada volvió a 0; con tasa 5, la salida llega a 0 en 200 ms. En el primer ciclo después de cargar, la salida parte del valor de la entrada, no de 0.

Memoria: 12 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 14 bytes de configuración (límite de 2048).

#Filtros y derivada

Dos de estos bloques valen por ciclo de 1 ms (Filtro EMA y Filtro de médias), uno vale en hertz (Filtro de paso bajo) y la Derivada tiene un factor por ciclo y una salida en unidades por segundo. Cada ficha dice cómo convertir el ajuste a tiempo o frecuencia. Al encender la VCU y en cada grabación de mapa, el Filtro EMA y el Filtro de paso bajo parten de 0 y tardan el tiempo del filtro en alcanzar la entrada, y la Derivada compara la primera muestra con 0, lo que produce un pico en la salida.

#Filtro EMA

Filtro de media móvil exponencial (EMA): suaviza una señal mezclando la muestra nueva con el valor anterior de la salida.

Salida = Alpha × entrada + (1 − Alpha) × salida anterior. Alpha 1 pasa la señal sin filtrar; Alpha 0 no deja pasar la señal. El Alpha vale por ciclo, no en tiempo. La salida llega al 63 % de un escalón en 1 tau (la constante de tiempo del filtro) y al 95 % en 3 tau. Convierta así:

tau (ms) = −1 ÷ ln(1 − Alpha)
Alpha = 1 − e^(−1 ÷ tau)          (tau en ms)
frecuencia de corte (Hz) ≈ 159 ÷ tau (ms)

Para tau = 50 ms, Alpha = 0,0198. La relación con el corte solo vale para tau mucho mayor que 1 ms.

Memoria: 8 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 8 bytes de configuración (límite de 2048).

#Filtro de médias

Devuelve el promedio de las últimas N muestras de la señal, una muestra por ciclo de 1 ms.

Con N puntos la ventana dura N ciclos (cerca de N ms). Ante un escalón, la salida sube en línea recta y llega al valor nuevo después de N ms; ante una rampa, queda (N − 1) ÷ 2 ms atrás. Justo después de cargar, mientras las muestras no llenan la ventana, el promedio usa solo las recibidas.

Memoria: 12 + 4 × Puntos bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 5 bytes de configuración (límite de 2048). Es el único bloque del capítulo con costo variable. Ejemplos: 16 B con 1 punto, 44 B con 8, 76 B con 16 (predeterminado, 14,8 % del límite) y 140 B con 32 (27,3 %).

#Filtro de paso bajo

Filtro de primer orden ajustado por la frecuencia de corte, en hertz, con el tiempo real medido entre ciclos.

Constante de tiempo tau (ms) ≈ 159 ÷ Fc (Hz): 1 Hz da 159 ms, 3 Hz da 53 ms, 10 Hz da 16 ms. A 1 kHz el filtro pierde sentido por encima de 500 Hz. Con Factor Q por debajo de 1, la mezcla vuelve al interior del filtro y este queda más rápido de lo que indica el corte. Ejemplo con 10 Hz: Q 1 da tau de 16,4 ms; Q 0,99, 14,1 ms; Q 0,9, 6,0 ms; Q 0,5, 1,3 ms. Deje Q en 1 para que el corte valga.

Memoria: 12 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 12 bytes de configuración (límite de 2048).

#Derivada

Mide la tasa de variación de la señal, en unidades por segundo.

Derivada = (entrada − entrada del ciclo anterior) ÷ tiempo medido entre los ciclos (cerca de 1 ms). Con el factor de filtro (alfa) entre 0 y 1, la salida pasa por un filtro igual al del Filtro EMA: salida = alfa × derivada + (1 − alfa) × salida anterior.

La derivada no tiene ventana: compara dos muestras seguidas, cerca de 1 ms entre ellas. Una señal que solo se actualiza de vez en cuando, en escalones, da derivada 0 en la mayoría de los ciclos y un pico en el ciclo en que llega el escalón. Verifique en el registro (log) con qué frecuencia cambia el canal. Filtre antes de derivar: la tabla muestra una señal que sube 1 unidad cada 50 ms (pendiente real: 20 unidades por segundo).

Valores calculados con las fórmulas de los bloques, con ciclo de 1 ms, una vez en régimen permanente. El filtro antes cuesta retardo: con tau de 50 ms, la derivada llega cerca de 50 ms después.

Memoria: 12 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 8 bytes de configuración (límite de 2048).

#Qué filtro usar

#Control

#Integrador

Suma la entrada a lo largo del tiempo, con ganancia y límites.

En cada ciclo: acumulado = acumulado + entrada × Ganancia × tiempo medido (en segundos); después el acumulado se limita entre los dos límites. Entrada 10 y Ganancia 1 durante 2 s suben 20. No hay valor de reserva: con la Entrada desconectada el bloque integra 0 y la salida no se mueve. No hay entrada para pausar: para mantener el valor, lleve la entrada a 0 antes del bloque (por ejemplo, con un Interuptor). El Reiniciar pone en cero sin aplicar los límites. Si Límite mínimo es mayor que Límite máximo, vale el mínimo. En uso continuo durante horas, sin llegar a un límite, el acumulado termina por dejar de crecer por falta de resolución numérica.

Memoria: 8 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 18 bytes de configuración (límite de 2048).

#PID

Calcula una salida a partir de la diferencia entre el valor medido y el objetivo, con términos proporcional, integral y derivativo.

error = Dato − Objetivo
acumulado = acumulado + error × (Tiempo de loop ÷ 1000), limitado a ± Anti windup
variación = (error anterior − error) ÷ (Tiempo de loop ÷ 1000)
Salida = error × Ganancia P + acumulado × Ganancia I + variación × Ganancia D

El bloque se ejecuta en cada ciclo (nominalmente 1 ms). El Tiempo de loop (ms) no cambia eso: entra solo como tiempo de cada cálculo. Por segundo, el acumulado crece error × Tiempo de loop, así que la Ganancia I efectiva es Ganancia I × Tiempo de loop y la Ganancia D efectiva es Ganancia D ÷ Tiempo de loop. Con Tiempo de loop en 1, las ganancias quedan en unidades reales (I por segundo, D en segundos). Con el valor predeterminado 100, una Ganancia I de 0,5 rinde 50. Las tres ganancias son entradas, no campos: conecte un Valor fijo en cada una.

El Anti windup limita el acumulado antes de la ganancia: el término integral nunca supera |Ganancia I| × Anti windup. No hay reinicio, habilitación ni límite de salida: ponga un Limitador después del PID. El acumulado suma todo el tiempo, aunque usted desvíe la salida con un Interuptor, hasta llegar a ± Anti windup. El término derivativo compara el error de dos ciclos seguidos (cerca de 1 ms) y actúa sobre el error, no solo sobre el Dato: un dato que cambia en escalones, un escalón en el Objetivo o la primera ejecución después de grabar el mapa (el error anterior comienza en 0) generan picos en él. Filtre el Dato antes, como en la Derivada.

Memoria: 12 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y 22 bytes de configuración (límite de 2048).

#Tablas y vectores

Las tablas y los vectores guardan números que usted escribe y devuelven el valor interpolado para la entrada.

#Tabla 4x4, Tabla 8x8 y Tabla 12x12

Devuelve un valor de una tabla de dos dimensiones, con interpolación entre las celdas vecinas.

La interpolación es bilineal: el bloque encuentra el cuadrado del eje donde caen X e Y e interpola entre las cuatro celdas vecinas. Los ejes deben ser estrictamente crecientes (cada punto mayor que el anterior). Con un eje fuera de orden, el resultado no sigue lo que usted dibujó; dos puntos iguales seguidos dan un escalón. La pantalla de la tabla muestra un aviso en rojo cuando el eje X, el Y o ambos no son estrictamente crecientes, pero solo avisa.

Memoria: 4 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y de 106 a 682 bytes de configuración (límite de 2048), según el tamaño: vea la tabla de tamaños.

#Vector 1x4, Vector 1x8, Vector 1x12 y Vector 1x16

La misma idea de la tabla, con un solo eje: devuelve el valor interpolado en línea recta entre dos puntos.

Valen las mismas reglas de eje estrictamente creciente y de entrada desconectada. La pantalla del vector no muestra el aviso de eje fuera de orden que muestra la pantalla de la tabla: verifique el orden usted mismo.

Memoria: 4 bytes de la memoria de trabajo (límite de 512 del mapa) y de 40 a 136 bytes de configuración (límite de 2048), según el tamaño.

#Tamaños y costo de configuración