primer informe-lab. de control

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

ESCUELA DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y DE TELECOMUNICACIONESPerfecta Combinación entre Energía e Intelecto

LABORATORIO DE CONTROL DE SISTEMAS ELECTRICOS.LAB1. Control de potencia angular de un motor DC

Lisseth Andrea Jaimes Flórez.Cesar Alejandro Balaguer.

Laura Fernanda Santander.Luis Antonio Contreras.

PROF. JULIO FLOREZ

Resumen - Este documento presenta el primer informe de Laboratorio de Control de Sistemas Eléctricos y tiene como eje central, el análisis del funcionamiento de un sistema de control del tipo PID para el movimiento y el posicionamiento angular de un motor DC. Se realiza mediante la implementación de un circuito que expresa las propiedades del sistema y del cual se obtienen los resultados que se emplean para su posterior elaboración.

I. INTRODUCCIÓN

La característica de este sistema se basa en proporcionalidad lineal de la salida con respecto al error, el cual se genera a partir de la diferencia entre una retroalimentación unitaria en lazo cerrado de la salida y la entrada oscilatoria. El esquema de control del sistema en cuestión, expone los distintos bloques que aportan su labor en el proceso y de esta manera logran el funcionamiento y el posicionamiento angular del motor. Los resultados se obtienen a partir de la obtención de gráficos y de lo observado durante la práctica.

II. DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

1. Documentar y analizar los diferentes bloques del sistema de control en términos de los bloques definidos para un sistema de control (revisar definiciones en el documento historia y conceptos).

Un controlador automático compara el valor real de la salida de una planta con la entrada de referencia, determina la desviación y produce una señal de control que reducirá la desviación a cero o a un valor pequeño. La manera en la cual el controlador automático produce la señal de control se denomina acción de control.

Fig. 1 Diagrama de bloques general de un controlador clásico.

Fig. 2 Montaje de laboratorio

Fig. 3 Representación resumida de esquema de control para circuito de la figura 2

Fig. 4 Representación en diagrama de bloques de la fig. 2 para explicación.

En la figura 4, se aprecia la representación en diagrama de bloques del montaje, teniendo en cuenta la base que se muestra en la figura 1; la cual es la representación general de todos los controladores clásicos.

Vo=(V ¿¿2−V 1)¿ ProcesoR( s)¿

¿Y ( s)

¿¿

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Bloque R(s) Referencia: Este bloque se encarga de proporcionar la señal con el valor deseado o de referencia, acotado entre 0 y 5[V ], el cual es procesado en el bloque de diferenciación para marcar la pauta de comparación. En el circuito de la Figura 2 el bloque lo representa el potenciómetro P1 y la señal de salida r .

Bloque Diferenciación (V2-V1): En el segundo bloque se encarga del cálculo de la señal de error e a partir de la resta de la señal de refencia r y la señal de retroalimentación a medir y . Este bloque expone la ganancia de un amplificador operacional que tiene como características; una entrada diferencial (V 2−V 1) siendo V2 la señal del potenciómetro que será de 5 V siempre y V1 la señal de retroalimentación que será <5 V para poder lograr una ganancia positiva, tiene una impedancia alta en la entrada y una baja en la salida, lo que hace que su ganancia sea alta y constante de amplificación y está demostrada en el bloque. El análisis para llegar a esta conclusión es (teniendo en cuenta que el valor de las resistencias es igual para este primer bloque):

Vo= (R3+R2 ) R4(R 4+R2 ) R1

∗V 2−R3R1

∗V 1=V 2−V 1

Controlador Restador inversor: Se encarga de tomar la decisión de control de acuerdo a la señal de error e , la cual pasa por un proceso de inversión del segundo OPAMP, el cual está configurado para arrojar una señal v de ganancia unitaria.En el circuito original encontramos un Restador Inversor el cual la entrada no inversora está a tierra y por el lazo cerrado las entradas inversoras y no inversoras son prácticamente iguales. La tensión en R2 es la tensión de salida y la tensión en R1 es la tensión de entrada y por

tanto la ganancia es VoutVin

=−R2R1 que para nuestro

caso como las resistencias son iguales la ganancia es -1.

Proceso: En el bloque del proceso se culmina el lazo de control cuando el motor, al ser accionado por la señal u , realiza un giro determinado, que gracias al acople mecánico, induce el giro del potenciometro P2 y este, al estar conectado en sus terminales del extremo a una diferencia de tensión entre 0 y 5[V ], arroja una señal de salida y en su terminal central, cuyo valor está acotado entre estas dos medidas.

2. Registrar y medir la evolución de la señal en los diferentes bloques del sistema (r, e, v, u, y) y explicar si la medida es acorde o no y ¿por qué?

Señal r.

Fig.5 Señal r

En este caso, la señal de entrada se representa por la señal amarilla, la señal azul, que es la referencia quiere igualar a la señal de entrada.

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Señal e

Fig.6 Señal e.

En ésta etapa se muestra la señal de “error”, al colocar el error como entrada se busca que éste sea cero para que esto sea así las tensiones de los potenciómetros deberán ser cero

Señal v.

Fig.7 Señal v.

Señal u.

Fig.8 Señal u, en posición máxima-Motor en sentido contrario.

Al empezar a girar el potenciómetro P1, que lo mostramos como una escalón, los transistores envían voltaje al motor hasta que encuentre la referencia (la señal amarilla) y luego se vuelve a un estado estacionario, o sea cero.Cuando se manipula el potenciómetro el motor empieza aumentar su tensión y cuando el potenciómetro llega a su tope el motor vuelve a sus estado estacionario ya que nada lo está excitando para que genere movimiento; en ésta grafica el motor está en sentido contrario para poder visualizar bien el comportamiento de la tensión.

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Fig.9 Señal u, posición mínima.

En ésta gráfica, el motor ya gira en el sentido anti horario, al tener el potenciómetro P3 en posición mínima y el P1 en posición máxima se visualiza que el motor gira en sentido horario y luego tiende a volver a su posición inicial 0 y P1 que estaba e posición máxima vuelve a su mínima posición.

Señal y

Fig. 10 Señal y

La señal de salida azul representa la señal y, que tiende a igualar la señal de entrada, comprobando que el error

es cero y la ganancia uno; y que el montaje es acorde a lo que se buscaba.

3. Utilizar diferentes ganancias del controlador proporcional (etapas 2 y 3 del operacional) al cambiar el valor de resistencia del potenciómetro p3 y verificar si existe control de posición angular, si al variar el potenciómetro p1, el eje del motor acoplado al potenciómetro p2 sigue los mismos movimientos aplicados en el potenciómetro p1. Utilizar tres valores de ganancia y registrar los valores de tensión en los diferentes puntos del circuito. Concluir al respecto.

Al variar el potenciómetro de ganancia P3, el motor gana potencia aumentando su tensión pero el ruido que pasa por el amplificador es generado por el potenciómetro y también pasa al motor como se ve en la señal azul.

Fig. 11. Señal con ruido.

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III. OBSERVACIONES.

En el desarrollo de la primera entrega fue cambiado el motor que se había escogido por que la corriente que este necesitaba para funcionar correctamente era muy alta, y nos fue imposible adaptar el diseño para obtener los objetivos deseados.

El diseño de las componentes electrónicas serían más exactas si se pudiera saber exactamente las características del motor utilizado, los dos motores con los que se trabajó fueron comprados sin conocer mucho de sus características a sí que esto limita un poco el diseño de la planta ya que estamos sujetos a el ensayo y el error para conocer de una manera aproximada la corriente de arranque de dicho elemento.

Para el correcto funcionamiento tuvimos que cambiar la referencia de los amplificadores para poder tener los resultados esperados.

IV. CONCLUSIONES.

Se observó que al retirar el potenciómetro abruptamente se nota una caída o subida exponencial en el sistema, siempre y cuando se esté trabajando en un punto máximo del potenciómetro.

Se logra conceptualizar el comportamiento de un controlador típico. Identificando el tipo de controlador clásico y el bloque que lo representa, llegando a la función de transferencia que rige y a su vez el diagrama

del montaje, determinando la función de transferencia total.

La aplicación de la función de transferencia, particular es de interés didáctico para el estudio de sistemas de control lineales por la facilidad de sintonización de las ganancias en función de la respuesta deseada.

V. REFERENCIAS

Ingeniería de Control Moderna. Tercera edición Ogata Katsuhiko Prentice Hall.

Norman S. Nise – Sistemas de control. Tercera edición.

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