9rs

707

DISEO DE UN REGULADOR DE VOLTAJE CONTROLADO BORROSAMENTE

E. MateosCentro de Instrumentos UNAM Apdo. postal 70-186. Coyoacan, 04510, Mxico D.F.

Email: [email protected]

RESUMENEn est investigacin se diseo un regulador de voltaje para 120 V C.A., dicho aparato, estabasado en un controlador de lgica borrosa el cual fue implementado mediante amplificadoresoperacionales y otros componentes analgicos. La etapa de control del regulador consta de trespartes: un detector de nivel en la salida, un proceso de inferencia borrosa y una etapa deactuadores. El proceso de inferencia borroso se divide a su vez en tres partes funcionales, lafuzzificacion, la evaluacin de reglas y la defuzzificacion.

ABSTRACTIn this research, a voltage regulator for 120 V C.A. was designed, this device, is based on afuzzy logic controller which was implemented using operational amplifiers and other analogcomponents. The regulator's stage of control consists of three parts: a level detector at theoutput, a process of fuzzy inference and a stage of performers. The fuzzy inference processdivides into three functional parts, the fuzzification, the evaluation of the rules and thedefuzzification.

1. INTRODUCCINLa teora de conjuntos borrosos es un conjunto de conceptos y tcnicas que de manerasistemtica relacionan clases en las que los lmites no estn bien definidos. En estas clases unobjeto puede tener un grado de membresa entre completamente perteneciente y no miembro.[1]Es en este contexto, en el que se plantea la posibilidad de trabajar con un sistema en el cualdeseamos que el voltaje en la salida se mantenga casi constante dentro de un rango que llamamosnormal an y cuando hablemos de que en la entrada tenemos ciertos valores que se puedenconsiderar como normales, bajos o altos.

2. DESCRIPCIN DEL CIRCUITOEl regulador de voltaje que se implemento tiene la siguiente estructura.

TRANSFORMADOR

ACTUADORES

DEFUZIFICACION FUZZIFICACION

DETECTOR DE NIVEL

VOLTAJE DEENTRADA

VOLTAJE DESALIDA

EVALUACION DEREGLAS

Figura 1. Diagrama de bloques del regulador.

SOMI XIV Congreso de Instrumentacin

708

El circuito de deteccin de nivel esta implementado usando primeramente un divisor de voltaje,posteriormente la seal pasa a un rectificador de onda completa y de ah sigue a un circuito RCdonde la seal es filtrada y as obtenemos un nivel de D.C. (Vx) el cual es directamenteproporcional al voltaje en la salida.

Para implementar el circuito fuzzificador es necesario el determinar nuestras funciones demembresa en base a lo que en el lenguaje natural pudiramos llamar voltaje alto, bajo o normal, detal forma que una entrada real, en este caso el voltaje, es trasladada a un valor difuso, la formaque se propone esta ilustrada en la figura 2.

Para construir dichas funciones de membresa, es necesario el obtener las ecuaciones de lasrectas que las forman, las cuales tienen la forma Yi=miVx+bi (figura 3)

Una vez que se tienen las ecuaciones se construye el circuito electrnico para implementar estasecuaciones, el cual consiste en ponderar una seal de entrada Vx con un valor m (m=pendiente dela recta) y sumarla a un valor constante b (b=ordenada al origen). El proceso se ilustra en la figura4

Y1b1

m1

Y2b2

m2

Min(A:B) A

B A

B Max(A:B)

Y3b3

m3

Y4b4

m4

Min(A:B) A

B A

B Max(A:B)

Y5b5

m5

Y6b6

m6

Min(A:B) A

B A

B Max(A:B)

Figura 4. Proceso de construccin de las funciones de membresa

V

Bajo

120

Alto

1

0.60.3

0

130110

Normal

Figura 2. Funciones de membresa

Y3

Y5

Y1,Y6

Y4

Y2

Figura 3. Rectas asociadas a lasfunciones de membresa

Vx

b4

b2

b1

b3

b5

b6


709

La forma en que a partir del conjunto de rectas obtenemos las funciones de membresa es el tomarel resultado de la suma de dos de las funciones y obtener la parte en donde son menores que laotra, y del resultado tomamos el mximo respecto al origen (la parte positiva).

Los circuitos asociados para obtener el mnimo y posteriormente el mximo se presentan en lasfiguras 5 y 6 respectivamente.

Nuestra siguiente etapa es la etapa de evaluacin de reglas en la que se asocian los valores desalida borrosos con cada una de las funciones de membresa.

Valor de membresa AccinVoltaje bajo Aumentar el voltaje (Activar switch 3)

Voltaje normal Mantener el voltaje (Activar switch 2)Voltaje alto Disminuir el voltaje (Activar switch 1)

Tabla 1. Evaluacin de reglas.

A continuacin se lleva a cabo el proceso de defuzzificacion en el que se implantan las reglas deevaluacin. Para ello es necesario comparar el nivel de pertenencia de cada una de las funcionesde membresa y en consecuencia activar alguna de las salidas, la cual, activa una de las salidasdel transformador, y en consecuencia se modifica el valor del voltaje en la salida.

Min (A:B)A

B

Figura 5. CircuitoElectrnico para la funcin

Mnimo

Max (A:B)A

B

Figura 6. CircuitoElectrnico para la funcin

Mximo

Max(A:B)Comparador

Max(B:C)Comparador

Max(A:C)Comparador

Figura 7. Proceso de defuzzificacion.

Sw 1

Sw 3

Sw 2


710

El circuito electrnico completo del regulador se ilustra en la figura 8

Figura 8. Diagrama electrnico del regulador.

V1B2

V2B1

V3B3

V4B4

V5B6

VCC

VEE

X1 LM101S

R5 100K

V12 12

R6 243.9K

R7 100K

VCC

VEE

X2 LM101S

R8 100K

V13 12

V14 12

R9 100K

VCC

VEE

X3 LM101S

V15 12

V16 12

R11 100K

VCC

VEE

X4 LM101S

R12 100K

V17 12

R13 100K

R14 100K

VCC

VEE

X5 LM101S

R15 100K

V18 12

V19 12

R16 222.2K

R17 100K

VCC

VEE

X6 LM101S

V20 12

V21 12

R18 100K

VCC

VEE

X7 LM101S

R19 100K

V22 12

R20 222.2

R21 100K

VCC

VEE

X8 LM101S

R22 100K

V23 12

V24 12

R23 100K

R24100K

VCC

VEE

X9 LM101S

V25 12

V26 12

R25 100K

VCC

VEE

X10 LM101S

R26 100K

V27 12

R27 100K

R28 100K

VCC

VEE

X11 LM101S

R29 100K

V28 12

V29 12

R30 243.9K

R31 100K

VCC

VEE

X12 LM101S

V30 12

V31 12

R32 100K

V32B5

VCC

VEE

VCC

VEE

VCC

VEE

R35 1K

R36 1K

R37 1K

X16XFMR

X17 SWITCH

X18 SWITCH

X19 SWITCH

X20XFMR

X21XFMR

V42ENTRADA

R41 19K

R42CARGA

R431K

R44 10K

C12U

FUZZIFICACION

EDGAR MATEOS SANTILLAN

DEFUZZIFICACION

ACTUADORES

/ / /

/ / /

SALIDA DEL REGULADOR

REGULADOR DE VOLTAJE CONTROLADO BORROSAMENTE

1 2

3

4

5

6

7

8

9

1011

1213

14

15

16

1718

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61 62

63

64

6566

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79 80

81

90

82

83

89

84

85

86

87

91

88Vx

2

3

1


711

3. RESULTADOSEl presente regulador es un aparato capaz de proporcionar a la salida un voltaje de 120 V 5Van y cuando en la entrada el valor de voltaje flucta entre 65 V y 239 V. A continuacin se ilustrauna de las respuestas del regulador a diferentes variaciones en la seal de entrada.

4. CONCLUSIONESDe los resultados obtenidos se puede decir que el regulador de voltaje diseado tiene un muy buendesempeo en gran variedad de situaciones. Dadas las caractersticas de diseo del controladorborroso que se utiliz para la realizacin de este regulador de voltaje, es posible utilizarlo en unagran variedad de problemas prcticos en los que desconozcamos el modelo de la planta e inclusosta tenga un comportamiento no lineal.

5. REFERENCIAS1. L.A. Zadeh, Teory of fuzzy sets, College of Engineering, University of California, Berkley 1977.2. M.J. Patyra D.M. Mlynek, FUZZY LOGIC Implementation and applications, Ed. Wiley Teubner,41-59,(1996).3. J.G. reaeme, G.E. Tobey y L.P Huelsman, Operational Amplifiers, Ed. McGraw Hill, (1989).4 J.L. Perez, Apuntes de Lgica Borrosa, Centro de instrumentos UNAM, (1997).

20.0M 60.0M 100M 140M 180M

-333

101

-164

198

-67.8

VoltajeEntrada

VoltajeSalida

Figura 9. Seales de entrada y de salida del regulador.

9rs

Documents