LABORATORIO 2: CONTROL DE VELOCIDAD PARA UN MOTOR DC

Johny Prez, Jeisson Forero, Kevin 20092005057, 20092005036, 20101005078Ingeniera Electrnica, Universidad Distrital Francisco Jos de CaldasBogot, ColombiaJapv91@hotmail.es, jeforp_906@hotmail.com

RESUMEN: con el desarrollo del presente informe se muestra el proceso de diseo, implementacin, anlisis y modelamiento de un sistema que permite el control de velocidad de un motor DC mediante la utilizacin de una etapa de control, una de potencia, la etapa de censado mediante otro motor DC y el acondicionamiento necesario de la seal de dicho sensor para asegurar la confiabilidad del sistema y lograr observar en gran medida su acercamiento con la teora. El proyecto se lleva de la mano con guiados por los objetivos planteados y las especificaciones dadas. Se modela el sistema para luego compararlo tericamente con la ayuda de matlab, buscando un punto de referencia que nos muestre que tan confiable es el mtodo usado y finalmente presentar unas conclusiones, resultado del desarrollo de esta prctica. PALABRAS CLAVE: Sistema, modelamiento, funcin de transferencia, motor, sensibilidad, sensor, acople.ABSTRACwith the development of this report the process design, implementation, analysis and modeling of a system to control the speed of a DC motor by using a control stage, a power stage counted shown by another DC and the necessary signal conditioning of the engine sensor to ensure system reliability and achieve largely observe their approach to theory. The project is the hand guided by the objectives and specifications given. Your system and compare it theoretically with the help of matlab, looking for a reference point to show us how reliable is the method used and finally present some conclusions resulting from the development of this practice is modeled.KEY WORDS: System modeling, transfer function, temperature sensitivity,sensor, coupling.

I. INTRODUCCIN

El presente laboratorio tiene como finalidad observar el comportamiento de la planta de velocidad aumentada, y mediante un diseo basado en varias etapas poder observar de manera prctica dicho comportamiento, y llegar al modelo de dicho sistema dinmico.Entre las etapas de diseo tenemos una primera de control basada en pwm, una etapa de drive, una etapa de potencia necesaria para el funcionamiento correcto de motor y la etapa de censado utilizando un motor DC utilizado a la inversa es decir produciendo niveles de tensin a partir de variaciones de velocidad de rotacin de su eje, luego mediante clculos se lleva el sistema a una aproximacin de primer orden y se realiza la toma de datos para corroborar dicha aproximacin.

II. OBJETIVOS

Implementar un sistema que permita modificar la velocidad de un motor DC, desde que est completamente detenido hasta su velocidad mxima. Utilizar un sensor de velocidad (puede ser un motor DC con las mismas caractersticas del que le est variando la velocidad, solo que este motor actuar como generador) con sus respectivo acondicionamiento tal que proporcione a mxima velocidad de giro el voltaje con el cual se est alimentando el motor principal. Implementar una etapa de potencia para el sistema tal que a partir de un voltaje variable entre 0V y Vmax (dependiendo de las caractersticas de su motor) con baja corriente permita controlar la velocidad de giro del motor de forma gradual. Encontrar la funcin de transferencia asociada a la planta de velocidad aumentada, es decir, la relacin entre el voltaje que entra a la etapa de potencia y el voltaje a la salida acondicionada del sensor que representa la velocidad de giro del motor principal.

III. DISEO

El diseo consta de tres partes o etapas, que a su vez se encuentran divididas con el fin de mostrar con ms detalle el proceso de diseo, como se muestra en la figura

MotorDCFigura 1 diagrama de bloques diseo del sistema

DRIVERMOTOR DCPara el diseo del driver se tienen en cuenta las especificaciones pedidas, en este caso debemos controlar la velocidad de un motor DC,para lo cual se realiza el diseo y montaje de un pwm, mediante

Figura . Montaje del PWM

Figura 2.PWM

Figura 3.Oscilador Miller Smith (Montaje para el PWM)

DRIVER DE CORRIENTESe utiliz una configuracin de transistores conocida como par Darlington que viene integrada en los circuitos TIP, por lo tanto, se utiliz el TIP122 que ofrece una gran corriente de colector de 3 A5 A, el circuito implementado se muestra en la Figura.

Figura. Driver de corriente

SENSOREl sensor es otro motor DC funcionando a la inversa, es decir convierte el movimiento generado sobre su rotor en una diferencia de potencial, medible en los terminales de entrada de dicho motor.

ETAPA DE ACONDICIONAMIENTO

La etapa de acondicionamiento viene dada mediante una conexin entre el motor DC y su respectivo motor que acta como sensor, mediante un acople por medio de un cascaron plstico de 2mm de dimetro, que ajusta perfectamente los ejes de ambos motores. Dicho acople se muestra en la figura .

Figura 6. Representacin vista frontal de la conexin entre motores.En la imagen se observa como la conexin entre los motores se realiza de manera directa, y que las caracteristicas mecanicas de ambos motores son similares, por tanto existe una relacion 1 a 1 por tanto el voltaje medido en la salida del motor usado como sensor debe ser igual al voltaje de entrada del motor al cual estamos sensando, menos las perdidas generadas por la friccion. Sabiendo esto procedemos a generar un modelo que relacione voltaje de entrada y salida de ambos motores, mediante el analisis de resultados obtenidos para seales de entrada con diferente ciclo util.

4. PROCEDIMIENTO DE MODELAMIENTO

Para realizar el modelamiento del motor DC, se obtiene su diagrama de bloques y se halla una funcin de transferencia para este, el cual se obtiene a partir del modelo elctrico del motor DC que se muestra en la figura

Figura Modelo elctrico del motor DCEcuaciones dinmicas del sistema para una entrada y una salida

Se realiza la transformada de Laplace de dichas ecuaciones que describen el sistema dinmico, evaluadas con condiciones iniciales iguales a cero

Figura 9. Respuesta en el tiempo de un sistema de primer orden.

En la prctica se observa un pequeo retraso de la respuesta del motor DC al aplicrsele un escaln a la entrada, debido a que la respuesta mecnica es ms lenta que la respuesta elctrica, a partir del modelamiento anterior aproximamos la respuesta del motor a un sistema de primer orden y no a un sistema de segundo orden sobre amortiguado. V. CALCULOS TEORICOS-PRACTICOS

Con los datos obtenidos se puede proceder a hallar la expresin de la funcin de transferencia del sistema asumindolo como un sistema de primer orden gracias a las caractersticas de las grficas, y asumiendo este tipo de respuesta como una respuesta al escaln la cual tiene como forma estndar de funcin de transferencia (2).(2)

(3)(4)(5)

Vi = 7V

Por lo tanto para encontrar el valor de tao:

La entrada es un escaln, entonces:

Entonces la respuesta en el tiempo del sistema trmico es:

Con los datos de la tabla 1, para encontrar el K de la funcin de transferencia escogemos:

1

Entonces la funcin de transferencia del sistema es:

(7)

La grafica Para esta funcin de transferencia superpuesta con la obtenida por medio del osciloscopio se muestra en la Figura 1.

FIG 1. Escalon 7 V

Vi = 10.2V

Por lo tanto para encontrar el valor de tao:

La entrada es un escaln, entonces:

Entonces la respuesta en el tiempo del sistema trmico es:

Con los datos de la tabla 1, para encontrar el K de la funcin de transferencia escogemos:

1

Entonces la funcin de transferencia del sistema es:

(7)

La grafica Para esta funcin de transferencia superpuesta con la obtenida por medio del osciloscopio se muestra en la Figura 2.

FIG 2. Escalon 10.2 V

Vi = -12V

Por lo tanto para encontrar el valor de tao:

La entrada es un escaln, entonces:

Entonces la respuesta en el tiempo del sistema trmico es:

Con los datos de la tabla 1, para encontrar el K de la funcin de transferencia escogemos:

1

Entonces la funcin de transferencia del sistema es:

(7)

La grafica Para esta funcin de transferencia superpuesta con la obtenida por medio del osciloscopio se muestra en la Figura 3.

FIG 3. Escalon de -12 V

El diagrama de bloques de la simulacin realizada por medio del programa Simulink (del paquete de Matlab) se encuentra en los anexos, en donde la funcin Step representa los diferentes escalones de 7V, 10.2 V y -12 V respectivamente, ingresados al sistema.6. CONCLUSION Despus de realizada la prctica de laboratorio y al observar las grficas obtenidas vemos como el sistema dinmico se puede aproximar a un sistema de primer orden, debido a su comportamiento, a diferentes niveles de tensin aplicados a la entrada del motor DC. El pwm diseado, proporciona mayor fidelidad ya que es ms lineal que el implementado por microcontrolador.

ANEXOS

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