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UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD SEDE SECCIONAL SOGAMOSO ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA

RESUMEN En esta practica se realiza el montaje de una planta compuesta por un par motor generador con el fin de realizar el control de la velocidad utilizando controladores PID a traves de la interfaz de MATLAB; adquiriendo y enviando datos por medio de una tarjeta DAQ.

OBJETIVOS:

Familiarizarse con las caractersticas, smbolos, elementos y aplicaciones con sistemas de adquisicin de datos con MATLAB.

Realizar el control de un proceso experimental utilizando sistemas DAQ.

Observar algunas caractersticas del controlador PID por medio de prueba y error.

MATERIAL:

Protoboard y dispositivos electrnicos.

Sistemas de adquisicin de datos NI USB 6211

2 motores

PC y software MATLAB

Multmetro.

MARCO TEORICO

Tarjeta de adquisicin de datos USB-6211 de National Instruments

El mdulo USB-6211 de National Instruments es un mdulo de adquisicin de datos (DAQ) multifuncin de la Serie M energizado por bus USB y optimizado para una precisin superior a velocidades de muestreo ms altas. Ofrece 16 entradas analgicas, velocidad de muestreo de un solo canal a 250 kS/s, dos salidas analgicas, ocho lneas de entrada digital, ocho lneas de salida digital, cuatro rangos de entrada programable (0.2 a 10 V) por canal, disparo digital y dos contadores/temporizadores.

El mdulo NI USB-6211 est diseado especficamente

para aplicaciones mviles o con restricciones de espacio.

La instalacin plug-and-play minimiza el tiempo de

configuracin y montaje mientras que la conectividad

directa con terminal de tornillo mantiene los precios bajos

y simplifica las conexiones de seal. Este producto no

requiere potencia externa. Este mdulo tambin cuenta

con la nueva tecnologa NI SignalStreaming la cual

permite transferencia de datos bidireccional a alta

velocidad parecida a DMA a travs del bus USB.

Principales caractersticas

16 entradas analgicas (16 bits, 250 kS/s)

2 salidas analgicas (16 bits a 250 kS/s), 4 entradas digitales, 4 salidas digitales, contadores de 32 bits

4 entradas digitales.

4 salidas digitales con referencia a tierra.

Rangos de voltaje de entrada: 10; 5; 1; 0:2.

Mximo voltaje de entrada 10.4V

Voltaje de salida mximo de 10V

Corriente de salida de 2mA.

Memoria Interna 4095 muestras.

Frecuencia Mxima de la Fuente 80MHz.

ADC con resolucin de 16 bits.

Frecuencia de muestreo: mximo 250KB/s, mnimo 0KB/s.

Tiempo de respuesta de 50ns.

Energizado por bus USB para una mayor movilidad, conectividad de seal integrada

NI signalstreaming para transferencia de datos bidireccional a alta velocidad en USB; la versin OEM est disponible

Compatible con LabVIEW, LabWindows/CVI y Measurement Studio para Visual Studio .NET

Sistema operativo Windows , Linux , Mac OS

Tomado de [1]

INSTRUMENTACION INDUSTRIAL

LABORATORIO 01. Aplicaciones con sistemas de adquisicin de datos

DIEGO FERNANDO BAYONA P 200820701

WILLIAM ALEXANDER CUEVAS 200820198

JONATHAN JAVIER TINJACA 200810766 Ing. Oscar Oswaldo Rodrguez.


Un controlador PID (Control Proporcional-Integral-

Derivativo) se basa en la realimentacin negativa para

calcular la diferencia entre el la medicin de la variable de

salida y el valor deseado (seal de error) y luego

proporcionar un seal de control acorde a dicha

diferencia. La seal de control producida se estima en

tres parmetros: accin proporcional, accin integral y

accin derivativa. El sistema a controlar generalmente se

denomina en terminologa de control, planta.

En la figura 1 se representa el esquema de un sistema de

control PID en donde u(t) es la seal de entrada o

referencia, e(t) es la seal de error y y(t) es la salida.

Note que los bloques de la accin proporcional, integral y

derivativa aparecen en paralelo y se suman al final sus

efectos para ingresar al sistema a controlar.

Figura 1. Esquema de un sistema de control PID para un proceso.

Accin proporcional

La accin proporcional establece una reaccin ante la

magnitud del error.

El valor proporcional determina la reaccin del error

actual

Accin Integral

Como la integral de una funcin determina el rea bajo la

curva que determina la misma funcin, para el caso del

controlador, la accin integral para la seal de error e(t)

involucra que el rea bajo la curva de e(t) sea cero, es

decir que el error sea cero (la seal de salida es igual a la

referencia).

El valor proporcional hace que el error de seguimiento se

reduzca a cero.

Accin derivativa

Como la derivada de una funcin determina informacin

sobre la razn de cambio de la funcin, para el caso del

controlador, la accin derivativa, determina el cambio del

error respecto al tiempo estimando si aumenta o se

reduce.

El valor derivativo determina la reaccin del tiempo en el

que el error se produce.

PROCEDIMIENTO

Para esta practica se ha implementado un sistema que

permita sensar la velocidad de un motor de corriente

continua, para tal caso se utilizo un motor generador CC

con acople mecnico entre los ejes de este y otro motor

CC, tal como se muestra en la figura 2.

Figura 2.Par Motor-generador

El sistema de los dos motores acoplados formaran la planta del sistema de control, donde el primer motor funcionara como actuador y el otro servir como sensor, enviando esta seal a un controlador PID implementado en Simulink de MATLAB, y el actuador tiene un driver de potencia realizado por medio de un seguidor y un transistor TIP41 con el fin de garantizar una corriente apropiada para el funcionamiento del mismo, protegiendo la tarjeta. El sistema implementado es el que se muestra en la figura 3 vase: Anexos, Figura3. En la figura se muestra un sumador al que se unen la seal de pulsos que se va a usar como prueba y una seal DC para cambiarle el nivel a la seal, tanto los valores de amplitud de la seal de pulsos como el nivel se varan para observar el comportamiento de la planta y poder obtener el rango mximo y mnimo de operacin. Seguido, se encuentra un controlador PID que es el que va a controlar el proceso, en l se varan las constantes P, I, D, en forma de prueba y error y as encontrar la combinacin mas adecuada para lograr el mximo rendimiento de la planta.


Luego se coloca unos niveles de saturacin los cuales van a permitir que en el proceso no se excedan algunos rangos de voltaje y evitar daos. Se realiza la conexin de un retenedor, su funcin es retener el valor de la muestra para as darle tiempo a la tarjeta de tomar el valor adecuado. Se hizo necesario la conexin de un filtro para disminuir ruidos aunque esto le agregue una dinmica al control. Inconvenientes y sugerencias

Es necesario que en la configuracin de la tarjeta se coloquen los puertos adecuados, ya que un error de configuracin puede generar algunos problemas, como toma de datos errneos, tambin se requiere configurar en la tarjeta un tiempo de muestreo adecuado para que la toma de datos sea mas exacta, ya que con tiempos muy grandes, la tarjeta coloca datos errneos generando mal control, no hay que olvidar que demasiadas muestras pueden generar lentitud en el PC. En la parte fsica se coloca un driver de corriente, para un mejor funcionamiento de los motores, primero se hizo una conexin colector comn lo cual genero problemas, ya que si se le daba el mando al transistor de no seguir conduciendo, como ocurre en los tiempos bajos de la seal de pulsos, el motor (conectado en el colector), le sigue exigiendo corriente a la fuente, y sigue funcionado a pesar de que la orden sea la de no funcionar. Para corregir este error se conecto el motor en el emisor del transistor, con lo cual su transistor hizo su trabajo sobre el motor. Datos obtenidos.

Por medio de algunos Scope en simulink y el software MATLAB se lograron la toma de algunas seales, tanto de la entrada como de la salida y la obtencin de los rangos de funcionamiento de la planta Rango mnimo de operacin vase: Anexos, Figura4. En la figura 4 se muestra el rango mnimo de operacin el cual se encuentra en 0.08 v, este es el valor mnimo en el cual la seal de entrada puede seguir la seal de referencia, este valor corresponde al valor en el cual el motor entra en funcionamiento, por debajo de estos valores nos puede garantizar la energa para el buen funcionamiento, lo que hace que la seal de entrada en la tarjeta DAQ no siga la seal de referencia.

Rango Mximo de operacin vase: Anexos, Figura5 En la figura 5 se muestra el rango mximo de operacin, el cual se encuentra en 1.7v este es valor mximo en el cual la planta tiene un funcionamiento correcto y sigue la seal de referencia, este valor corresponde al valor de voltaje en el cual el motor alcanza su velocidad mxima. Por encima de estos valores la planta tiene un funcionamiento incorrecto, debido a que el motor no puede aumentar ms su velocidad para seguir a la referencia, y gracias a la inercia del motor se producen algunos desfases con los flancos de la seal de pulsos utilizada como referencia, como se muestra en la figura 5. Vase: Anexos, Figura6 Para el control se utilizo un control PID en el cual se hizo variacin en las constantes P, I, D. En la contante P se hizo variacin de 0 a 10 en tomas de 1. Se encontr que la proporcin adecuada es 2 ya que es la que iguala la seal con la referencia con la poca introduccin de ruido En la constante I se hizo una variacin de 0 a 2 en la cual se observo que la ms adecuada fue 1, esta constante es la que permite la correccin de errores en estado estable. En la constante D se tomo 1.9, esta constante es la que corrige el error en los transientes o en las variaciones de la seal de referencia. CONCLUSIONES

Es fcil controlar un proceso por medio de software, en

este caso MATLAB, con la herramienta simulink. Este

permite un modelamiento rpido. MATLAB es un

programa con el cual se obtienen muchas ventajas sobre

un montaje fsico ya que con algunos componentes

virtuales se evita entrar en gastos de dispositivos y

tiempo.

Las tarjetas DAQ son instrumentos con los cuales se

pueden llevar seales de procesos a un computador en

donde su tratamiento va a ser ms fcil y correcto.

Una de las principales ventajas de realizar el procesamiento de las seales a travs de software, es que es este es posible cambiar los parmetros de


funcionamiento de un circuito con gran facilidad, mientras que en la prctica si se requiere realizar un ajuste en varios parmetros, lo ms conveniente es redisear, lo que implica un desgaste de tiempo y recursos.

REFERENCIAS

[1] http:\\sine.ni.com\nips\cds\view\p\lang\en\nid\203224


ANEXOS

Figura3. Sistema implementado para el control de velocidad de un motor.

Figura4. Rango mnimo de operacin rojo referencia azul: seal obtenida

Figura5. Rango mximo de operacin rojo referencia azul: seal obtenida

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

TIEMPO

AM

PLIT

UD

(V

)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

TIEMPO

AM

PLIT

UD

(V

)


Figura6. Seal obtenida con referencia por encima del Rango mximo de operacin rojo referencia azul: seal obtenida

0 50 100 150 200 250 300 350 400 4500.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

TIEMPO

AM

PLIT

UD

(V

)

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