TEMA DE LA PRÁCTICA: Control de velocidad de un motor de corriente continúa.1.- ESQUEMA ELECTRICO O ELECTRONICO: CONTROL DEL MOTOR. Fig. 1. Control PID. Este es el circuito utilizado para el control P.I.D de un motor CC. El mismo esta utilizando amplificadores operacionales TL082 así como potenciómetros de diferentes rangos los cuales nos ayudan a calibrar de una mejor manera el trabajo del control para el motor, además de esto, este circuito ira acoplado al circuito de potencia, y será realimentado mediante el tacómetro. CIRCUITO DE POTENCIA. o elimine. Perturbación: es una señal que tiende a afectar la salida del sistema.D. Error: es la diferencia entre la señal de referencia y la señal de salida real.I. 2. Circuito de potencia. Señal análoga: es una señal continua en el tiempo.). MARCO TEORICO: Términos Básicos. Sistema: consiste en un conjunto de elementos que actúan coordinadamente para realizar un objetivo determinado.. Para el desarrollo del trabajo es necesario conocer ciertos conceptos básicos tales como: Señal de salida: es la variable que se desea controlar (en nuestro caso la velocidad del motor. Proceso: operación que conduce a un resultado determinado. Señal de control: es la señal que produce el controlador para modificar la variable controlada de tal forma que se disminuya. Planta: es el elemento físico que se desea controlar. en nuestro caso lo que se busca es darle estabilidad al sistema para lo cual nos imponemos el sistema P. 2. Fig. También se denomina variable controlada. Señal de referencia: es el valor que se desea que alcance la señal de salida. . En nuestro caso la planta es el motor de corriente continua que vamos a controlar. desviándola del valor deseado. el error. la cual a su vez es aplicada al controlador para generar la señal de control y tratar de llevar la señal de salida al valor deseado. 1 Capacitor de 4. . . 1 Potenciómetro de 50 KΩ. . Al final de esta practica estaremos en capacidad de obtener valores óptimos para el establecimiento del sistema. . en nuestro proyecto estamos realimentando la señal mediante otro motor que en este caso actuara como generador. . . Sistema de control en lazo cerrado: es aquel en el cual continuamente se está monitoreando la señal de salida para compararla con la señal de referencia y calcular la señal de error. . OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA: . 1 Resistencia de 1 KΩ. 4 Resistencias de 10 KΩ. 1 Potenciómetro de 1 KΩ. . También es llamado control realimentado. 1 Potenciómetro de 53 KΩ. Las tres componentes de un controlador PID son su parte Proporcional. . 1 Capacitor de 22µF. 4 Amplificadores operacionales TL082. El peso de la influencia que cada una de estas partes tiene en la suma final. el mismo que debe tener un tiempo de establecimiento de al menos 2seg. acción Integral y acción Derivativa.D el mismo que debe ser establecido por medio de cálculos para obtener los parámetros correctos y así lograr un sistema equilibrado. 1 Transformador 120/24v .. . viene dado por la constante proporcional. 4. .7 KΩ. LISTA DE MATERIALES: Control P. 1 Potenciómetro de 10 KΩ. -12v.. .7 µF.I. 1 Resistencia de 4. y un máximo sobresalto menor o igual al 5% lo cual se pretende lograr mediante una correcta calibración de los elementos de control y las consideraciones de operación del motor en la zona lineal del mismo. el tiempo integral y el tiempo derivativo. 1 Potenciómetro de 5 KΩ.I.D: . . respectivamente por lo que se pretenderá lograr que el bucle de control corrija eficazmente y en el mínimo tiempo posible los efectos de las perturbaciones. 3. Mediante esta practica lo que se pretende es obtener un correcto control de un motor mediante el sistema P. Circuito de Potencia: . 1 Fuente de voltaje de +12v. 9 Resistencias de 1KΩ. . 1 Diodo 6A. . ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS ELEMENTOS UTILIZADOS: Para la realización de esta práctica se utilizaron los siguientes elementos: Amplificador Operacional TL082. 1 Transistor 2N3906. 1 Resistencia de 3. .Modo de ancho común y comparación. . .Tiempo de verificación en alto 16V/ms. para el funcionamiento de –40°C a 85°C en condiciones normales y valores de –40°C a 125°C para aplicaciones especiales y del tipo industrial. . . 1A . 1 Capacitor de 0. Las características generales del amplificador operacional TL082 son las siguientes: . 1 SCR BT151.Rango de voltaje diferencial. 1 Transistor 2N3904 .2 KΩ.Impedancia alta de la entrada de J-Fet a la fase. 2 Fusibles de 8A.Rendimiento de protección de cortocircuito. 2 Resistencias de 2. . 1 Resistencia de 22 Ω/5W. . . . .3 KΩ.Entrada baja y de desplazamiento de corriente. . . Los rangos de funcionamiento de dichos dispositivos cubren rangos del 0°C a 70°C. . 1 UJT 2646. . 5.47 µF/250v . UJT 2N 2646. 1 Resistencia de 470 KΩ. .Latch de operación libre. 2 Puente de Greatz de 10A..La compensación de frecuencia interior. . . 1 Transformador de pulsos. El UJT se utiliza generalmente para generar señales de disparo (como por ejemplo en los SCR).El transistor UJT o transistor de unijuntura es un dispositivo de disparo que consiste de una sola unión PN. base 1(B1) y base 2 (B2). SCR BT151.1 KΩ. El voltaje de disparo VB1 debe diseñarse lo suficientemente grande como para activar el SCR. la resistencia entre bases RBB tiene valores en el rango de 4. . Entre los terminales B1 y B2 la mono-unión tiene las características de una resistencia ordinaria. El UJT tiene tres terminales las mismas que se conocen como emisor E.7 y 9. El SCR BT151 es un tiristor encapsulado en un sobre plástico.. 6. SIMULACION: . Las aplicaciones típicas incluyen control de motor. intencional para el uso en aplicaciones que requieren capacidad de voltaje de bloque bidireccional alta así como la actuación del ciclismo termal alta. calefacción de la iluminación industrial y doméstica así como cambio de valores de la estática. Ki. Ki. Como se puede visualizar los valores de Kp. Kd obtenidos permiten que el sistema se estabilice en un tiempo aproximado de 2seg. Utilizando la aplicación de Matlab “Simulink” procedemos a obtener los valores de Kp. VARIACION DE LAS CONSTANTES . Simulacion. 3. Fig. y en una velocidad de 1500 r.m. Respuesta del sistema con el control PID. de esta manera se procede a ubicar un diagrama de bloques con las constantes antes fijadas y aplicando la función de transferencia se tiene el siguiente esquema: Fig. 4.p. y Kd mediante la variación de sus valores y visualizando su establecimiento en el tiempo que nos proponemos y que es de 2 segundos. Aumentando el Ki del control PID. observamos que se presentara una respuesta subamortiguada como respuesta a la función escalón unitario: . el tiempo de estabilización aumenta cerca de lo 20 segundos como respuesta a la función escalón unitario: Disminuyendo el Kp del control PID. observamos que se presenta un sobresalto al arranque del motor como respuesta a la función escalón unitario: Aumentando el Kd del control PID. observamos que además de presentarse un sobresalto al arranque del motor. 628 >> step(sys).375*0.019 s + 3.1) Transfer function: 1. >> G=tf([1.75*1.375*0.grid .479)]) Transfer function: 1.153) (13*0.153 (0.019 s + 2.479 ----------------------------------- 0. Mediante los siguientes comandos de Matlab se pueden observar de una manera concisa los lugares geometricos del sistema asi como la respuesta al escalon unitario a continuacion se muestran dichos comandos y su respectiva viasualizacion en la pantalla de trabajo del matlab.08+0.[0.479].08+13*0.479 ----------------------------------- 0.05737 s^2 + 2.149 >> sys=feedback(G.05737 s^2 + 2. grid .Para obtener el lugar geométrico de las raíces se utiliza el siguiente comando a continuación de los utilizados anteriormente de la siguiente manera: >> rlocus(G). 0190 s 2.29 K Ri 22 F Ri 30 K Kd Rd Cd 0.05737 s 2.479 Nm / A) J ( Momento deinercia del motor ) 0.75 Nm / A ki (1. de fuerza electromotriz ) 0.479 por lo tan to Ri 30733.479 a ( s) 0.153Kg 2 / s 2 Por lo tanto la función de transferencia queda establecida como: ( s) ki a ( s) La Js ( La B Ra J ) s ( Ra B kb ki ) 2 ( s) 1.08 Nms kb (Cte.7.5 K donde R1 2 K R1 1 Ki Ri Ci 1 1.14925 2 Ahora se procede a calcular los elementos de los tres tipos de control de la siguiente manera: Kp=R2/R1 Proporcional Ki=1/RiCi Integral Kd=RdCd Derivativo R2 Kp R1 5K 2.. CALCULOS: En primer lugar se establece una función de transferencia la misma que será planteada tomando en cuenta los parámetros del motor que en este caso son los siguientes: La ( Induc tan cia ) 0.375 0.375mH Ra (Re sistencia) 13 B(Coeficiente de amortiguamiento del sistema mecanico) 0.01 Rd 1 F donde Rd 10 K . Filtra ruido en altas frecuencias. Reduce el tiempo de subida y tiempo de establecimiento.8. .I. 4.D se utilizan tres elementos principales en este circuito los cuales son: 1). 2. EXPLICACION DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PRÁCTICA: Circuito de Control: De una manera más estructurada el desarrollo de la practica se basa en la correcta utilización del controlador P. Se comporta como un filtro pasaalto. 1. Mejora el amortiguamiento y reduce el máximo sobresalto. 3. Un controlador. Mejora el margen de ganancia. para lo cual partimos de conocimientos obtenidos en clase en lo que a control de motor se refiere. margen de fase y el pico de resonancia. margen de fase y el pico de resonancia. 5. Posible requerimiento de un valor alto de capacitancia en la implementación y un poco más complicado en obtenerlo si se compara con el controlador PD. 7. KI Gc ( s ) K P s Para este tipo de controlador P. Incrementa el tiempo de subida. 4. Mejora el margen de ganancia. 2.D. 6. Se comporta como un filtro pasabajo.. que determine el estado del sistema en este caso un motor de corriente continua que hará el funcionamiento de tacómetro este dispositivo estará conectado al sistemas de manera que se de una retroalimentación de este modo se podrá variar la velocidad de giro del motor. El objetivo primordial de diseño de este controlador PD involucra el localizar la frecuencia limite del controlador de tal manera que exista una mejora en el margen de fase a una nueva frecuencia de cruce de ganancia. una vez que se tienen presentes estos conceptos se realiza una visualización general del objetivo de la practica para poder desarrollarla de una manera ordenada y coherente además de estos aspectos tenemos que considerar que los cálculos desarrollados son la base para la parte práctica debido a que esta solo funcionara regida a las diversas mediciones y pruebas obtenidas del motor. 3. Entre las ventajas y desventajas de este tipo de controlador se encuentran las siguientes: 1.I. Controlador PD. Posible atenuación del ruido en altas frecuencias. Disminuye el ancho de banda. 5. Incrementa el ancho de banda. Mejora el amortiguamiento y reduce el máximo sobresalto. K P 1. 6. KDs 1 . KP Controlador PI. Un sensor. 2). que genere la señal que gobierna al actuador. que determina en cada instante la diferencia que hay entre el valor deseado (consigna) y el valor medido. intensidad de corriente eléctrica o frecuencia. si no que debe ser transformada para ser compatible con el motor que usamos. el mismo que tiene una relación de 1:1 vueltas. El UJT es compatible con la situación de realimentación resistiva. En este último caso la señal es de corriente alterna. En el caso de contener tales componentes. Un actuador. que es eficaz para asegurar el encendido de un SCR sin forzar la capacidad de disipación de carga de compuerta del SCR. componen la señal de salida que el controlador va a utilizar para gobernar al actuador. Las 3 señales sumadas. Para nuestro circuito utilizamos un UJT como dispositivo de disparo para el SCR. Circuito de Potencia: El ángulo de retardo de disparo se determina por el ajuste de la resistencia de un potenciómetro en nuestro caso para la carga de un motor. El controlador resta la señal de punto actual a la señal de punto de consigna. La señal resultante de la suma de estas tres se llama variable manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador.C). obteniendo así la señal de error. que son con corriente continua en nuestra practica el voltaje que se recibe del tacómetro es de 0-5V aproximadamente. un voltaje proporcional a la velocidad del eje del motor puede usarse como señal de realimentación para controlar el ángulo de retardo de disparo del SCR y por tanto la velocidad del motor. En este caso el transformador de aislamiento contiene componentes de supresión de señales transitorias. . La señal puede representar ese valor en tensión eléctrica. 3). El tacómetro proporciona una señal analógica o digital al controlador. Se utiliza un transformador de aislamiento. El punto de disparo del UJT es esencialmente estable sobre un rango de temperatura. el UJT produce una salida tipo pulso. esto anula la inestabilidad térmica del SCR. puede hacerse más estable con poco esfuerzo. a diferencia de los dos anteriores. que modifique al sistema de manera controlada (en este caso un motor C. las señales transitorias de alta frecuencia que aparezcan en el primario no se acoplan al devanado secundario por lo que se mantiene el circuito secundario libre de ruido. el mismo es necesario para aislar eléctricamente el circuito de control con el de potencia. la cual representa el punto actual en el que se encuentra el proceso o sistema. La señal de error es utilizada por cada uno de los 3 componentes del controlador PID. . Circuito electrónico PID y circuito de potencia armado Al probar inicialmente el circuito se nos presento el problema de una desfase en la señal hacia a la carga.9. y se variaron levemente el valor de las resistencias (circuito de potencia) a fin de que se disminuya el problema. como también una señal de ruido como muestra la figura. MEDICIONES REALIZADAS. Estos problemas se solucionaron al revisar el circuito de potencia haciendo los siguientes cambios: se cambio el valor del capacitor de la base del UJT a 1uF. se coloco un diodo en antiparalelo al transformador de pulsos. . en la cual podemos observar que mientras variamos la velocidad del motor. en el momento en que se acopla el control PID al circuito de potencia que comanda el motor. . Regulando la velocidad del motor se obtiene la siguiente forma de onda. esto se visualiza en la parte baja de la onda. la forma de onda que se presenta al incrementar el voltaje de referencia en el control y por consiguiente la velocidad del motor es la siguiente. el control PID actua sobre la señal hacia el motor. Ahora. . estas protecciones tuvieron una gran influencia dentro del circuito. el cual fue establecido por medio de cálculos y simulaciones que ayudaron a obtener los parámetros correctos y así lograr un sistema equilibrado con una gran velocidad de respuesta alrededor de 2 segundos.. COMENTARIOS: Mediante esta práctica se logro realizar un control PID. el mismo que se obtuvo finalmente al realizar varias pruebas tanto en la parte de control como en la de potencia incrementando la carga en el motor para lograr estabilizar el sistema y obtener las respuestas esperadas. 10.I. ya que ayudaron a corregir ciertas saltos o brincos de velocidad que se producian en le motor. sobre todo fueron indispensables para la puesta en marcha del motor. mediante el sistema P. con los que muchas veces no se pueden cumplir o se requiere de soluciones extremadamente complejas. . el controlador mide el error de retroalimentación y responde con la rapidez necesaria para evitar que el error aumente. CONCLUSIONES: Mediante el desarrollo de esta práctica se pudieron obtener las siguientes conclusiones: . Cuando existe un cambio de carga.D. Los parámetros de diseño por lo general son totalmente rígidos y basados en objetivos y criterios de diseño..Al aumentar la carga en le motor vemos que el voltaje aumenta en la carga para compensar la velocidad del motor. . Se obtuvo un correcto control de un motor de CC. por lo tanto se debe saber y tener muy en cuenta entre lo que se quiere hacer así como considerar los elementos disponibles en el mercado en el momento de realizar los cálculos. 11. .. Se realizo un circuito de potencia con las protecciones que se requerian.