PDF de programación - Control de velocidad y posición

Manual de Prácticas
Elementos de Control

Secretaría/División: División de Ingeniería
Eléctrica



Área/Departamento: Control y Robótica

CONTROL DE VELOCIDAD



Y POSICIÓN

Tema Correspondiente: Control de velocidad y posición

N° de práctica: 7



Nombre completo del alumno

Firma



N° de brigada:

Fecha de elaboración:

Grupo:



Elaborado por:

Revisado por:

Autorizado por:

Vigente desde:



Profesor 1

Ing. Benjamín

Ramírez Hernández

Dr. Paul Rolando

Maya Ortiz

28/11/2015



Manual de Prácticas
Elementos de Control



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Eléctrica



1. Seguridad en la ejecución



2. Objetivos de aprendizaje



Peligro o Fuente de energía

Riesgo asociado

1 Fuente de poder

Descarga Eléctrica

I. Objetivos generales:


El alumno conocerá cada elemento de los módulos G36A y TY36A/EV de Elettronica
Veneta, y aprenderá a utilizarlos.

Así como concepto de malla cerrada con las acciones correspondientes de un controlador
PID y el manejo del software Labview.


II. Objetivos específicos:

Conocerá el controlador clásico: (PID) Proporcional, Integral y Derivativo, para un control
de velocidad y de posición.

Aprenderá a utilizar la tarjeta de adquisición de datos PCI-6221M por medio del software
que requiere para su operación implementando una instrumentación virtual con LabView.

Esta práctica permite estudiar de modo teórico y experimental la aplicación de
transductores de velocidad y posición angular en motores de CD haciendo uso de los
módulos G36A y TY36A. La unidad TY36A consta de un motor de CD o continua de
imanes permanentes en cuyo eje van sujetados en uno de sus extremos una dinamo
taquimétrica, un disco de sectores opacos y transparentes con un conjunto de foto



3. Introducción

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transmisor- receptor y en el otro extremo un motor reductor, un sistema de visualización de
la posición angular y un potenciómetro para detectar esta variables.
El Módulo G36A contiene diferentes etapas para conformar un sistema de control PID,
analógico o digital.


4. Material y Equipo



• Una fuente de alimentación PS1/EV de Electrónica Venneta.
• Módulo de velocidad TY36A/EV y Controlador G36A de Electrónica Venneta.
• Un multímetro de propósito general.
• Juego de veinte cables para realizar conexiones en los equipos PS1/EV, TY36A/EV

y G36A.

• Un cable de alimentación.
• Un juego de puntas para multímetro.
• Dos conectores BNC.
• Computadora PC con tarjeta de adquisición de datos PCI-6221M de National

Instruments con el software necesario instalado.



5. Desarrollo

A continuación se da una breve explicación del funcionamiento del Sistema de control de
velocidad.
El Sistema de control de velocidad puede analizarse desde el punto de vista analógico o
desde el punto de vista digital.

El primer caso es interesante ya que maneja las variables continuas reales, y por otro lado
el caso digital cuenta con la ventaja de que todas las partes conectadas a la planta pueden
discretizarse y procesarse por medio de un algoritmo en la computadora.



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Fig. 1 Diagrama de control analógico para una planta de velocidad



En la figura 1 se muestra el diagrama a bloques general para realizar la conexión de forma
analógica del módulo de velocidad.

Ahora bien podemos realizar un diagrama de bloques más relacionado con el modelo
estándar del sistema, que representa de forma analógica los casos para el control de
velocidad y de posición en malla cerrada y se representa conforme a la figura 2.

El diagrama mostrado en la figura 2, nos refleja el funcionamiento analógico del control de
velocidad, donde utilizamos un control PID, tanto para velocidad como para posición, así
mismo en el actuador queda comprendido el limitador de corriente y el amplificador de
potencia, basado en PWM (Pulse Wide Modulation), los cuales tiene la función de por un
lado acotar la corriente que entra al sistema para que opere en el rango aceptable y
amplificar la señal de control a un nivel proporcional de voltaje y corriente, capaz de mover
al servomotor, el cual al recibir la señal del actuador la convierte en movimiento mecánico,
este actuador compuesto de amplificadores lineales. Por su parte el acondicionador se
encarga de convertir la posición y la velocidad de un eje en señales eléctricas, las cuales
serán comparadas con la señal de entrada en el amplificador de error, para mayor detalle del
funcionamiento y operación de estos módulos se sugiere leer el anexo a esta práctica.



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Fig. 2 Esquema de control para la planta de velocidad y posición



Del diagrama anterior podemos ver que se cumple con el modelo genérico de un sistema de
velocidad y de posición, el cual para el caso de velocidad seria el siguiente:


s
( )
ω
v s
( )

k
s
+



1

=

τ

m


En la cual ω(s), es la salida en velocidad angular y V(s) es la entrada al sistema en voltaje,
k es la ganancia y
mτ es la constante de tiempo del motor, para el caso de posición, nuestra
salida ahora estará expresada en término de la posición angular expresada como θ(s) y su
expresión matemática seria el mostrado a continuación:


s
( )
θ
V s
( )

=

k
s



+

1
)

m

s
(
τ


En las asignaturas teóricas referentes al tema se realiza el análisis de los sistemas de control
en tiempo continuo y en tiempo discreto. El diseño de los sistemas de control se realiza en
una primera instancia a través de una computadora realizando una simulación del sistema y
finalmente se implementa en tiempo real, verificándose la teoría en función del
comportamiento del experimento. Las herramientas teóricas básicas que se utilizan, dado
que el análisis que se realiza se limita al caso lineal son la transformada de Laplace para el
caso continuo y la transformada Z para el caso discreto.



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La Fig. 3, muestra el esquema básico de un sistema de control en donde una parte se
maneja en forma discreta a través de convertidores Analógico/Digitales (A/D) y
Digital/Analógicos (D/A) que sirven para lograr la conexión con el sistema a controlar
(planta) normalmente de tipo continuo.



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e(kT)

ALGORITMO DE

CONTROL DIGITAL

u(kT)

3

u*(kT)

G(z)

D/A

ROC

PLANTA

CONTÍNUA

Gp(s)

y(t)

4

u(t)

SEÑAL DE
CONTROL

6
r(kT)

+

Σ

-

y(kT)

2

A/D

COMPUTADORA DIGITAL

MUESTREADOR
1

T

VARIABLE

DE

PROCESO

VARIABLES DIGITALES : r(kT), e(kT), y(xT), u(kT)
VARIABLES CONTINUAS: u(t), y(t)
VARIABLES DISCRETAS: u*(kT)

- LA SEÑAL 2 ES DISCRETA EN EL TIEMPO Y DISCRETA
EN MAGNITUD
- LA SEÑAL 3 ES DIGITAL PRODUCIDA POR EL
ALGORITMO CON BASE EN e(kT)



Fig. 3 Esquema de control discreto para una planta continúa.



La operación del control discreto se realizará a través de la tarjeta de adquisición de datos
PCI- 6221M que corresponde con el muestreador marcado con el número 1 en la Fig. 3 y
la función de trasferencia del control
[ ]G z implementada a través de un programa realizado
con LabView en la computadora el cual se describe a continuación.



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Programación del Algoritmo de Control con LabView

Se realizó una programa con LabView que toma los datos adquiridos por la tarjeta
PCI-6221M, que requiere del Run time Engine de LabView así como del driver de la tarjeta
para que opere correctamente.


El sistema de control completo puede representarse por medio del esquema de la Fig. 4



Fig. 4 Implementación del esquema de la Fig. 3



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Fig. 5 Diagrama de conexiones para el control discreto de una planta de velocidad.



Actividad 1

Calibración del sistema en malla cerrada

El objeto de la calibración es ajustar el potenciómetro del taco generador, para lo cual se
tiene que verificar que el servo motor opere a una velocidad angular de 4000 r.p.m. con un
voltaje de entrada de 8 volts, para lo cual realizamos lo siguiente:


• Conecte y encienda la fuente, ajustando al mínimo el valor de corriente, después

realice un pequeño giro hasta que encienda el indicador “CV”.

• Ajuste las fuentes de alimentación a 30 volts de cd necesarios para el módulo,

una vez que se tengan los voltajes correctos, APAGUE LA FUENTE.



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• Conecte los voltajes de polarización de la Fuente PS1/EV en los bornes

correspondientes del Módulo G36A.

• Construya el circuito de la figura 6. Con el objeto de calibrar el sistema,



Fig. 6 Esquema para calibración de sistema control de una planta de velocidad

continúa.