sistema educativo para prácticas de fundamentos de automática

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SISTEMA EDUCATIVO PARA PRÁCTICAS DE FUNDAMENTOS DE AUTOMÁTICA

Autor: Martínez Marrodán, David

Director: Poncela Méndez, Alfonso Valentín

INGENIERÍA EN AUTOMÁTICA Y

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

Valladolid , Julio de 2013

SISTEMA EDUCATIVO PARA PRÁCTICAS DE FUNDAMENTOS DE AUTOMÁTICA

Introducción y objetivos El equipo

Las prácticas

Índice

Resultados, conclusiones

y futuro.

SISTEMA EDUCATIVO PARA PRÁCTICAS DE FUNDAMENTOS DE AUTOMÁTICA

Introducción y objetivos

SISTEMA EDUCATIVO PARA PRÁCTICAS DE FUNDAMENTOS DE AUTOMÁTICA

Introducción y objetivos

SISTEMA EDUCATIVO PARA PRÁCTICAS DE FUNDAMENTOS DE AUTOMÁTICA

Introducción y objetivos

SISTEMA EDUCATIVO PARA PRÁCTICAS DE FUNDAMENTOS DE AUTOMÁTICA

Introducción y objetivos El equipo

Las prácticas

Índice

Resultados, conclusiones

y futuro.

SISTEMA EDUCATIVO PARA PRÁCTICAS DE FUNDAMENTOS DE AUTOMÁTICA

Introducción y objetivos El equipo

Las prácticas

Índice

Hardware Motorpiic

SoftwareMotorpiic

Autopiic

Resultados, conclusiones

y futuro.

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Hardware Motorpiic

Fuente de alimentación

Base

Etapas de

potencia y control

Motor CC con

reductora

Encoderincremental

Volante de inercia

PotenciómetroConexión ordenador

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Hardware Motorpiic

Etapa de controlConector

ICD2 Reset

Entradas analógicas

Interfaz encoder

Regulador V 12-5

Conector RS232

dsPIC30F4012

MAX232

Oscilador 10 MHz

Entradas salidas

digitales y PWM

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Hardware Motorpiic

Etapa de control

dsPIC 30F4012

• Nucleo RISC.• Arquitectura MCU + DSP.• 28 patillas.• 20 entradas/salidas.• 3 temporizadores.• 1 conversor A/D multiplexado.• Interfaz de encoder incremental.• Comunicaciones: I2C, SPI, CAN, UART.

o Programado en C.o 80 MHz con reloj externo y PLL.o 20 MIPS

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Hardware Motorpiic

Etapa de potencia

MOSFETS puente H

Driver puente H HIP4081

Regulador V

Potenciómetro sensor

corriente

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Introducción y objetivos El equipo

Las prácticas

Índice

Hardware Motorpiic

SoftwareMotorpiic

Autopiic

Resultados, conclusiones

y futuro.

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Software Motorpiic

Estructura del programa

• Configuración de entradas/salidas.• Programación de periféricos:

Conversor A/D. PWM. Interfaz encoder. Puerto UART y tramas.

• Temporizador principal 10 ms.• Temporizador secundario 200 ms.

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Software Motorpiic

Temporizador 10 ms

• Generar señal de referencia.

• Leer los pulsos del encoder en cuadratura.

• Realizar conversión de unidades.

• Determinar el modo de trabajo.

• Cerrar el lazo para cada caso si esnecesario.

• Transmitir por el puerto serie las gráficas.

• Enviar el nuevo PWM al driver de potencia.

• Leer y enviar la corriente del motor y lainformación del potenciómetro.

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Software Motorpiic

Temporizador 200 ms

• Mantener conexión y detener equipo.

Tramas de comunicación

• 23 cabeceras Autopiic -> Motorpiic

• 3 cabeceras Motorpiic -> Autopiico Conexión.o Gráficas.o Corriente.

Nombre Descripción

KPV Variable proporcional del PI del control de velocidad.

KIV Variable integral del PI del control de velocidad.

KAV Variable del antiwindup del PI del control de velocidad.

KFV Variable de la frecuencia del PI del control de velocidad.

POS Referencia de posición absoluta en pulsos.

KPP Variable proporcional del PID del control de posición.

KIP Variable integral del PID del control de posición.

KDP Variable derivativa del PID del control de posición.

KFP Variable de la frecuencia del PID del control de posición.

KKM Valor K del motor virtual modelado.

KTM Valor tau del motor virtual modelado.

KFM Valor de la frecuencia de muestreo del motor modelado.

RLA Referencia de tensión en lazo abierto.

GON Inicia o detiene gráficas.

CON Indica que la conexión Autopiic-Motorpiic sigue activa.

SEA Establece la amplitud del generador de señal.

SEF Establece la frecuencia del generador de señal.

SEO Establece el offset del generador de señal.

SET Establece el tipo de señal del generador.

CNP Fija el espaciado entre nuevos puntos.

POT Indica la conexión o desconexión del potenciómetro de

control de offset.

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Software Motorpiic

Flexibilidad Motorpiic

• Cambio de espaciado de puntos gráficas.

o Cambio de tensión del motor.o Cambio de reductora del motor.o Cambio de encoder.

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Introducción y objetivos El equipo

Las prácticas

Índice

Hardware Motorpiic

SoftwareMotorpiic

Autopiic

Resultados, conclusiones

y futuro.

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Software Autopiic

Principios de programación

• Interfaz intuitivo para evitar errores de interpretación.

• Conexión robusta.

o Autopiic detecta el puerto serie de Motorpiic de modo automáticomediante sondeo.

o Autopiic mantiene la conexión activa.

• Fluidez en el intercambio de datos y doble gráfica en tiempo real.

o Dos tareas en multiprocesamiento: Comunicaciones y “graficación”.o Zedgraph -> gráficas.o Flexibilidad de puntos representados y actualización de gráficas.

• Multi-SO Windows.

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Software Autopiic

Trabajar con Autopiic

• Conectar Motorpiic a corriente y a PC.

• Esperar ventana de presentación• En caso de error…

• Ventana principal y secciones.

• Selección de experimento y conexión.

• Generador de señal.

• Control de gráficas.

• Opciones gráficas.

• Parámetros de los experimentos.

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Introducción y objetivos El equipo

Las prácticas

Índice

Hardware Motorpiic

SoftwareMotorpiic

Autopiic

Resultados, conclusiones

y futuro.

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Introducción y objetivos El equipo

Las prácticas

Índice

ModeladoControl

velocidadControl posición

Resultados, conclusiones

y futuro.

X1

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Las prácticas

• Afianzar conocimientos.

• 3 prácticas con 2 partes.

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Introducción y objetivos El equipo

Las prácticas

Índice

ModeladoControl

velocidadControl posición

Resultados, conclusiones

y futuro.

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Modelado

Etapa pre-laboratorio

• Estudio eléctrico del sistema, Kirchhoff.

• Estudio mecánico del equipo.o V angular y par de salida reduciendo

a eje motor.

• Relaciones estáticas del equipo.

• Determinación de función de transferenciay diagramas de bloques.

• Implementación en Matlab-Simulink.

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Modelado

Etapa laboratorio

• Modelado estático.o Medición de velocidad y corriente ante

distintas entradas.o Cálculo R y K.o Función de transferencia.

• Modelado dinámicoo Test escalón.

• Validación del modelo.o Ec. en diferencias interna.o Simulink.

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Introducción y objetivos El equipo

Las prácticas

Índice

ModeladoControl

velocidadControl posición

Resultados, conclusiones

y futuro.

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Control velocidad PI con antiwindup

Etapa pre-laboratorio

• Estudio del PI• Diseño de PI para especificaciones dadas.

o Comprobación de validez física.o Cálculo del PI.

• Implementación en Matlab y Simulink.• Anti Wind-up.• Perturbaciones en carga.

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Control velocidad PI con antiwindup

Etapa laboratorio

• Comprensión cualitativa del control PI.

• Seguimiento y error ante distintas señales.

• Relación con teoría.

• Estudio anti wind-up

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Introducción y objetivos El equipo

Las prácticas

Índice

ModeladoControl

velocidadControl posición

Resultados, conclusiones

y futuro.

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Control posición PID

Etapa pre-laboratorio

• Estudio del PID• Diseño de PD para especificaciones dadas.• Comparación PD posición con PI velocidad.• Implementación en Matlab y Simulink.• Perturbaciones en carga.• Seguimiento señales triangulares.• Diseño controlador PID y simulación.

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Control posición PID

Etapa laboratorio

• Comprensión cualitativa del control PID.

• Seguimiento y error ante distintas señales.

• Relación con teoría.

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Introducción y objetivos El equipo

Las prácticas

Resultados, conclusiones

y futuro.

Índice

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Resultados académicos

Curso 2012-2013

• 400 alumnos en grupos de 20 estudiantes.

• 2 laboratorios con 10 equipos cada uno.

• Realización de 2 primeras prácticas.

• Acceso a los alumnos fuera del horario.

Curso 2013-2014

• 10 equipos más.

• Realización de las tres prácticas.

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Resultados económicos

RESUMEN DE COSTOS ASOCIADOS

Código Descripción Coste

Capítulo 1 Herramientas 506,16 €

Capítulo 2 Software 18,73€

Capítulo 3 Etapa de potencia 953,50 €

Capítulo 4 Etapa de control 687,50 €

Capítulo 5 Maqueta 7449,75 €

TOTAL DE 25 EQUIPOS 9615,64 €

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Líneas futuras

• MAX232 -> FT232BM

• Mayor resolución encoder.

• Mejora del sensor de corriente.

• Cambio de volante de inercia.

• ¿Evolución hacia Arduino?

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Agradecimientos

GRACIAS

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ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

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