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Instituto Tecnológico de Querétaro

Departamento de Ingeniería Eléctrica

y Electrónica

Guía de Prácticas de Laboratorio

Materia: Control Digital

Laboratorio de Ingeniería Electrónica

Santiago de Querétaro, Qro. Septiembre 2012

Elaboró

Ing. Agustín Barrera Navarro

Editora

Anayeli Sánchez Montoya

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Av. Tecnológico S/N, Esq. M. Escobedo, Col. Centro,

CP.76000 Tel: 2274400 ext. 4418

CONTENIDO PRÁCTICA No.1 IDENTIFICACIÓN, VALIDACIÓN Y DIGITALIZACIÓN DE LA

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA DE UN MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA DE

IMÁN PERMANENTE EN EL DOMINIO DEL TIEMPO .................................................. 5

1. OBJETIVO .................................................................................................................. 5

2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 5

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 5

4. EQUIPO Y MATERIALES ........................................................................................ 5

5. METODOLOGÍA ........................................................................................................ 5

PRÁCTICA No.2 DISCRETIZACIÓN DE REGULADORES CONTINUOS ..................... 7

1. OBJETIVO .................................................................................................................. 7

2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 7

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 7


5. METODOLOGÍA ........................................................................................................ 7

PRÁCTICA No.3 DISCRETIZACIÓN DE REGULADORES CONTINUOS SOBRE UNA

PLANTA DE CONTROL DE NIVEL DE LÍQUIDO ........................................................... 9

1. OBJETIVO .................................................................................................................. 9

2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 9

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 9


5. METODOLOGÍA ........................................................................................................ 9

PRÁCTICA No.4 REGULADORES PID DISCRETOS PARA CONTROL DE

VELOCIDADCON DAQ ..................................................................................................... 11

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 11

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 11

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 11

4. EQUIPO Y MATERIALES ...................................................................................... 11

5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 11

PRÁCTICA No.5 REGULADORES PID DISCRETOS PARA CONTROL DEFLUJO

CON COMPACT FIELDPOINT ......................................................................................... 13

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 13

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 13

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 13


5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 13

PRÁCTICA No.6 REGULADORES PID DISCRETOS PARA CONTROL DE

TEMPERATURA CON COMPACT FIELDPOINT ........................................................... 15

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 15

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 15

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 15


5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 15

PRÁCTICA No.7 CONTROL POR REDES NEURONALES ESTATICAS

MONOVARIABLES PARA REGULACIÓN DE TEMPERATURA CON COMPACT

FIELDPOINT ....................................................................................................................... 17

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 17

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 17

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 17


5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 17

PRÁCTICA No.8 FILTROS DIGITALES IIR .................................................................... 19

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 19

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 19

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 19


5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 19

PRÁCTICA No.9 FILTROS DIGITALES FIR ................................................................... 20

1. OBJETIVO ................................................................................................................ 20

2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 20

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 20


5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 20

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

MATERIA: CONTROL DIGITAL

CLAVE DE LA MATERIA: ETF-1007

PRÁCTICA No. 1

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PRÁCTICA No.1. IDENTIFICACIÓN, VALIDACIÓN Y

DIGITALIZACIÓN DE LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA

DE UN MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA DE IMÁN

PERMANENTE EN EL DOMINIO DEL TIEMPO

No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA:

1. OBJETIVO El estudiante comprenderá la utilidad que tienen los métodos de identificación paramétrica

en el dominio del tiempo sobre el modelado basado en leyes físicas de sistemas LTI y la

desratización de sistemas continuos.

2. INTRODUCCIÓN N/A

3. MARCO TEÓRICO N/A

4. EQUIPO Y MATERIALES Motor de CD de Imán Permanente

Convertidor de Frecuencia a Voltaje LM2907 y circuitería anexa

Encoder

Circuito Sujetador

Transistor TIP 120 o equivalente

Amplificadores Operacionales

Lm555

Osciloscopio con puerto USB y dos Puntas

Fuente de Alimentación

Excel

Matlab

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica

5.1.1Construir Un circuito para medir la velocidad del motor de CD utilizando los

componentes indicados en el apartado Materiales.





PRÁCTICA No. 1

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5.1.2 Realizar un Barrido de voltajes para obtener la curva de Velocidad- Voltaje del

motor.

5.1.3 Aplicar Una señal de Entrada de Tipo Escalón de un valor tal que se encuentre en

la parte central de la zona más lineal de la curva de respuesta Velocidad- Voltaje del

motor de CD.

Paralelamente, realizar la medición del voltaje de entrada al motor y el voltaje de salida del

convertidor de frecuencia voltaje (velocidad) en cada canal del osciloscopio.

5.1.4 Detener la captura de la Información antes de que el trazo en la pantalla del

osciloscopio termine. Es necesario asegurarse que el sistema ha estabilizado.

5.1.5 Guardar la información del osciloscopio en la USB, exportar a Excel y realizar la

identificación continua y discreta de la forma indicada en Clase.

5.1.6 Validar el modelo mediante simulación y prueba del sistema Físico.

5.1.7 Concluir sobre los siguientes aspectos

- Función de Transferencia identificada y tipo

- Validación vía simulación y Práctica

- Constantes de Tiempo del sistema

- Ganancia Estática

- Retardo

- Tiempo de Asentamiento

- Determinación de No linealidades del sistema





PRÁCTICA No. 2

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PRÁCTICA No.2. DISCRETIZACIÓN DE REGULADORES

CONTINUOS


1. OBJETIVO El estudiante aplicara y comprobara en la práctica, los métodos de desratización o

digitalización de reguladores continuos.



4. EQUIPO Y MATERIALES Amplificadores Operacionales

Osciloscopio con dos Puntas


Matlab.

LabVIEW 8.2 o superior.

Tarjeta DAQ NI USB 6008 o 6009.

Micro controlador16F877.

Cristal de 20MHz.

Capacitores de 22pF.

Protoboard.

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Se tiene el sistema continuo de segundo orden subamortiguado con ganancia K = 1,

tiempo de pico tp=100ms y sobrepaso Mp = 20%, implementado con amplificadores

operacionales. Se requiere lo siguiente:

5.1.1 Realizar el diseño del regulador continuo más sencillo que permita obtener un

tiempo de pico tp =80 ms y sobrepaso Mp = 15% en el sistema en lazo cerrado.

Discretizar el regulador obtenido en el apartado anterior por el método de Tustin y

ZOH e implementarlo en un micro controlador 16F877.

5.1.2 Realizar la implementación del controlador en LabVIEW.





PRÁCTICA No. 2

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5.1.3 Evaluar el desempeño de cada uno de los controladores utilizando lo siguiente:

-Prueba ante entrada de tipo escalón de 1Volt con captura de información en osciloscopio.

-Prueba Ante las condiciones mencionadas utilizando simulación en Simulink de Matlab.

5.1.4 Concluir acerca de los resultados teóricos y prácticos obtenidos, considerando la

forma de implementación y los métodos utilizados.





PRÁCTICA No. 3

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PRÁCTICA No.3. DISCRETIZACIÓN DE REGULADORES

CONTINUOS SOBRE UNA PLANTA DE CONTROL DE

NIVEL DE LÍQUIDO


1. OBJETIVO El estudiante aplicara y comprobara en la práctica, los métodos de discretización o

digitalización de reguladores continuos aplicado a la planta de Nivel de Liquido

LeyboldDidactic.




Planta de Control LeyboldDidactic (Comprar Equipo).



Matlab.



Micro controlador16F877.

Cristal de 20MHz.

Capacitores de 22pF.

Protoboard.

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica

5.1.1Realizar el diseño del regulador continuo más sencillo que permita obtener un

tiempo de pico tp =20s y sobrepaso Mp = 15% en el sistema en lazo cerrado. Discretizar

el regulador obtenido en el apartado anterior por el método de Tustin y ZOH e

implementarlo en un micro controlador 16F877.





PRÁCTICA No. 3

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5.2 Diagramas o dibujo

Equipo de Control de Nivel

Fig. 3.1 Equipo de control de nivel





PRÁCTICA No. 4

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PRÁCTICA No.4. REGULADORES PID DISCRETOS PARA

CONTROL DE VELOCIDADCON DAQ


1. OBJETIVO El estudiante aplicara y comprobara en la práctica, los métodos de diseño e implementación

de controladores P-I-D para regular la planta de control de velocidad del

móduloLeyboldDidactic.







Matlab.



Protoboard.

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Para el control de velocidad del motor de continua del móduloLeyboldDidactic (Fig. 4.1):

Obtener los reguladores de tipo PI o PID, para conseguir cumplir las condiciones en los dos

casos siguientes:

5.1.1 Un tiempo de pico tp =0,49 s, un Mp = 15% y un error nulo en estado estable.









PRÁCTICA No. 4

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Fig. 4.1Control de velocidad del motor de continua del módulo LeyboldDidactic





PRÁCTICA No. 5

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CONTROL DEFLUJO CON COMPACT FIELDPOINT



de controladores P-I-D para regular la planta de control de Flujo del

móduloLeyboldDidactic.







Matlab.


Compact Field Point de NI...

Protoboard.

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Para el control de flujo móduloLeyboldDidactic (Fig. 5.1):


casos siguientes:

5.1.1 Un tiempo de pico tp =2 s, un Mp = 15% y un error nulo en estado estable.









PRÁCTICA No. 5

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Fig. 5.1Control de flujo módulo LeyboldDidactic





PRÁCTICA No. 6

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CONTROL DE TEMPERATURA CON COMPACT

FIELDPOINT



de controladores P-I-D para regular la planta de control de Temperatura del módulo

LeyboldDidactic.



4. EQUIPO Y MATERIALES - Amplificadores Operacionales

- Planta de Control LeyboldDidactic (Comprar Equipo).

- Osciloscopio con dos Puntas

- Fuente de Alimentación

- Matlab.

- LabVIEW 8.2 o superior.

- Compact Field Point de NI...

- Protoboard.

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Para el control de Temperatura del móduloLeyboldDidactic y el Compact

FieldPoint:


casos siguientes:

5.1.1 Un tiempo de pico tp =2 s, un Mp = 15% y un error de +/- 2°C en estado estable.







PRÁCTICA No. 6

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-Prueba ante entrada de tipo escalón de 1Volt con captura de información en

osciloscopio.

-Prueba Ante las condiciones mencionadas utilizando simulación en Simulink de

Matlab.




Fig. 6.1





PRÁCTICA No. 7

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PRÁCTICA No.7. CONTROL POR REDES NEURONALES

ESTÁTICAS MONOVARIABLES PARA REGULACIÓN DE

TEMPERATURA CON COMPACT FIELDPOINT


1. OBJETIVO El estudiante, aplicara la estrategia de control inteligente basada en redes Neuronales

embebida en el Controlador en tiempo real Compact Field Point, para regular la

Temperatura del móduloLeyboldDidactic.







Matlab.


Compact Field Point de NI...

Protoboard.

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Para el control de Temperatura del móduloLeyboldDidactic y el Compact

FieldPoint:

Diseñar un controlador Neuronal mono variable estático, el cual se entrenara con los errores

de regulación e (t), e (t-1) y e (t-2).

Considerando lo anterior, dimensionar la red neuronal para cumplir con lo siguiente:

5.1.1 Un tiempo de pico tp =2 s, un Mp = 15% y un error de +/- 2°C en estado, estable.

5.1.2 Realizar la implementación del controlador en LabVIEW-Compact FieldPoint.





PRÁCTICA No. 7

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5.1.3 Evaluar el desempeño del controlador utilizando lo siguiente:


-Determinar el orden de los pesos sinápticos.

-Realizar Simulación en Archivo de extensión m.

5.1.4 Concluir acerca de los resultados teóricos y prácticos.


Fig. 7.1





PRÁCTICA No. 8

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PRÁCTICA No.8. FILTROS DIGITALES IIR


1. OBJETIVO El estudiante, aplicara los métodos de diseño e implementación de filtros digitales IIR para

procesamiento de señales.



4. EQUIPO Y MATERIALES Micro controlador 18F4550

ADC de 8 bits



Generador de Funciones

Matlab.

Protoboard.

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Diseñar un Filtro Digital Butterworth de orden 3 IIR paso bajo con frecuencia de corte de

100Hz e implementarlo en el micro controlador Usando:

5.1.1 Método analítico visto en Clase.

5.1.2 Software.

5.1.3 Realizar la evaluación del Filtro utilizando simulación y en la práctica con un

generador de funciones.

5.1.4 Concluir acerca de los resultados y realizar una comparación entre este tipo de

filtro y uno analógico.





PRÁCTICA No. 9

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PRÁCTICA No.9. FILTROS DIGITALES FIR


1. OBJETIVO El estudiante, aplicara los métodos de diseño e implementación de filtros digitales FIR para

procesamiento de señales.



4. EQUIPO Y MATERIALES Micro controlador 18F4550

ADC de 8 bits



Generador de Funciones

Matlab.

Protoboard.

5. METODOLOGÍA

5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Diseñar un Filtro Digital Butterworth de orden 30 FIR paso bajo universal con frecuencia

de corte normalizada de .1 e implementarlo en el micro controlador usando:

5.1.1 Método analítico visto en Clase.

5.1.2 Software.

5.1.3 Realizar la evaluación del Filtro utilizando simulación y en la práctica con un

generador de funciones.

5.1.4 Concluir acerca de los resultados y realizar una comparación entre este tipo de

filtro y uno analógico.

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