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Levitador neumtico PID

A. Mezaa, I. Calvilloa

Asesor: Ing. Edgar Quiroz Jureza

a. Instituto Tecnolgico de Len, Blvd. Juan Alonso de Torres, Len, 3542, Gto., Mxico

I. Introduccin

El efecto que permite que un cuerpo se suspenda en el aire sin

contacto fsico se denomina levitacin, la cual es el resultado de una

fuerza que contrarresta el peso del cuerpo u objeto levitante. Esta

levitacin se clasifica segn los medios empleados, entre las cuales

estn, la levitacin electrosttica, magntica, neumtica, acstica y

ptica; estas diferentes clases de levitacin permiten lograr el mismo

efecto de suspender cuerpos en el aire, pero con diferentes

caractersticas.

En la levitacin neumtica operan las variaciones de presin ejercida

por gases, en este caso el aire, para mantener objetos suspendidos en

posicin estable. Esta levitacin debe garantizar los siguientes efectos

sobre el objeto: Una fuerza que contrarreste el peso del cuerpo (la

fuerza de gravedad que acta sobre el objeto que levita) y para que se

halle en suspensin estable, es necesaria una fuerza adicional que

contrarreste cada pequeo desplazamiento del objeto en levitacin.

III. Resultados

Se obtuvo la caracterizacin del sensor ultrasnico HC-SR04 tomando

una muestra de diferentes distancias. Los valores fueron procesados

en Excel y analizados realizando una regresin lineal y exponencial

para obtener su curva y su ecuacin caracterstica, dicha curva se

muestra a continuacin.

Al obtener la ecuacin caracterstica del sensor se obtienen los

parmetros necesarios para realizar un control PID efectivo sobre la

planta.

II. Metodologa

El proyecto se divide en dos partes: la parte de control y en

potencia. En la parte de control se desarroll un cdigo de

lenguaje abierto en arduino. El uso de libreras externas ayudar

a depurar el lenguaje al momento de estar programando y

acelerar el proceso de las operaciones que se tienen que

calcular. Para entender cmo se mide la distancia con el sensor

se analiza lo siguiente:

Desde el microcontrolador se manda un pulso corto al sensorEn respuesta a ello, el sensor emite una rfaga corta ultrasnica

a una frecuencia de 40 Khz.

La rfaga viaja a travs del aire, choca con un objeto y rebotapara retornar hacia el sensor nuevamente.

El sensor provee un pulso de salida que inicia cuando larfaga es enviada y termina cuando el eco es detectado.

La longitud del pulso es proporcional a la distancia del objeto.La Frmula, ya simplificada, que se utiliz en la programacin

es:

=2 1/29

2La constante de 1/29 es la velocidad del sonido en unidades de

cm/uS.

IV Referencias

La conexin electrnica del sistema requiere una etapa de potencia para

evitar un dao al microcontrolador. El diagrama utilizado se muestra a

continuacin.

El funcionamiento de este levitador neumtico utiliza un sistema de

control PID el cual est realizado con libreras especiales en el IDE de

arduino.

Los valores del set point es modificado a travs de una resistencia

variable, cuyo valor es ledo por el puerto analgico, procesado para

convertirlo a valor digital. El resultado de los valores PID se envan como

salida de PWM variando su valor dependiendo de la lectura que recibe el

arduino del sensor ultrasnico de distancia.

Figura 2 Diagrama de potencia.

La estructura del levitador esta fabricada

con un tubo de pvc de dos pulgadas, donde

se desliza la masa de unicel. Como base se

utiliz una caja cuadrada de madera de

15x15 cm. El ventilador utilizado en el

sistema se alimenta con 12V de corriente

directa que proporciona una potencia de

1.8W.

El sistema es gobernado por el

microcontrolador arduino.

Figura 1 Estructura de levitador neumtico

Grfica1 Parmetros usados en el modelado matemtico.

y = 1529.1e0.0106x

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200 250 300

TIE

MP

O E

N

Se

g

DISTANCIA EN cm

COMPORTAMIENTO POR REGRESION EXPONENCIAL

Ogata, K. (2010). Ingeniera de control moderna. Madrid, Espaa: Pearson.Ogata, K. (2010). Ingeniera de control moderna. Madrid, Espaa: Pearson.

Ogata, K. (2010). Ingeniera de control moderna. Madrid, Espaa: Pearson.

Ogata, K. (2010). Ingeniera de control moderna. Madrid, Espaa: Pearson.

Mosquera Victor, Q.O. (2012). Control de posicin de un sistema de levitacin. Revista universitaria en telecomunicaciones y control, 9-12.

Comnes Bret, L. R. (2013). Obtenido de Arduino Control.