Póster Levitador neumatico.pdf
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TEMPLATE DESIGN ©2008 www.PosterPresentations.com Levitador neumático PID A. Meza a , I. Calvillo a Asesor: Ing. Edgar Quiroz Juárez a a. Instituto Tecnoló gico de León, Blvd. Juan Alonso de Torres, León, 3542, Gto., México I. Introducción El efecto que permite que un cuerpo se suspenda en el aire sin contacto físico se denomina levitación, la cual es el resultado de una fuerza que contrarresta el peso del cuerpo u objeto levitante. Esta levitación se clasifica según los medios empleados, entre las cuales están, la levitación electrostática, magnética, neumática, acústica y óptica; estas diferentes clases de levitación permiten lograr el mismo ef ec to de su spen de r cuer po s en el ai re, pe ro con di fe rentes características. En la levitación neumática operan las variaciones de presión ejercida por gases, en este caso el aire, para mantener objetos suspendido s en posición estable. Esta levitación debe garantizar los siguientes efectos sobre el objeto: Una fuerza que contrarreste el peso del cuerpo (la fuerza de gravedad que actúa sobre el objeto que levita) y para que se halle en suspensión estable, es necesaria una fuerza adicional que contrarreste cada pequeño desplazamiento del objeto en levitación. III. Resultados Se obtuvo la caracterización del sensor ultrasónico HC-SR04 tomando una muestra de diferentes distancias. Los valores fueron procesados en Excel y analizados realizando una regresión lineal y exponencial para obtener su curva y su ecuación característica, dicha curva se muestra a continuación. Al obtener la ecuación característica del sensor se obtienen los parám etros necesa rios para realiz ar un contr ol PID efectivo sobre la planta. II. Metodología El proyecto se divide en dos partes: la parte de control y en potencia. En la parte de control se desarrolló un código de lenguaje abierto en arduino. El uso de librerías externas ayudará a dep urar el len gua je al moment o de est ar pro gra man do y acelerará el proceso de las operaciones que se tienen que calcular. Para entender cómo se mide la distancia con el sensor se analiza lo siguiente: Desde el mi crocontrolador se manda un pulso corto al sensor En respuesta a ello, el sensor emite una ráfaga corta ultrasónica a una frecuencia de 40 Khz. La ráfaga viaja a través del aire, choca con un objeto y rebota para retornar hacia el sensor nuevamente. El sensor provee un pulso de salida que inicia cuando la ráfaga es enviada y termina cuando el eco es detectado. La longitud del pulso es proporcional a la distancia del objeto. La Fórmula, ya simplificada, que se utilizó en la programación es: = 2 ∗ 1/29 2 La constante de 1/29 es la velocidad del sonido en unidades de cm/uS. IV Referencias La conexión electrónica del sistema requiere una etapa de potencia para evitar un daño al microcontrolador. El diagrama utilizado se muestra a continuación. El funci onamient o de este levitad or neumático utiliza un siste ma de control PID el cual está realizado con librerías especiales en el IDE de arduino. Los valores del set point es modificado a través de una resistencia variable, cuyo valor es leído por el puerto analógico, procesado para convertirlo a valor digital. El resultado de los valores PID se envían como salida de PWM variando su valor dependiendo de la lectura que recibe el arduino del sensor ultrasónico de distancia. Figura 2 Diagrama de potencia. La estru ctura del levita dor esta fabricad a con un tubo de pvc de dos pulgadas, donde se desliza la masa de unicel. Como base se uti liz ó una caja cua dra da de ma der a de 15 x1 5 cm. El ve nt il ad or ut il izad o en el sistema se alimenta con 12V de corriente directa que proporcio na una potencia de 1.8W. El sistema es gobernado por el microcontrolador arduino. Figura 1 Estructura de levitado r neumático Gráfica1 Parámetros usados en el modelado matemático . y= 1529. 1e0.0106x 0 5000 10000 15000 20000 25000 0 50 100 150 200 250 300 T I E M P O E N µ S e g DISTANCIAEN cm COMPORTA MIENTO POR REGRESION EXPONENCIAL , . . . , . Ogata, K.(2010). Ingenieríade control moderna. Madrid, España: Pearson. Ogata, K.(2010). Ingenieríade control moderna. Madrid, España: Pearson. Ogata, K. (2010). Ingeniería de control moderna. Madrid, España: Pearson. Mosquera Victor, Q.O. (2012). Control de posición de un sistema de levitación. Revista universitaria en telecomunicaciones y control, 9-12. Comnes Bret, L. R. (2013). Obtenido de Arduino Control.
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TEMPLATE DESIGN 2008
www.PosterPresentations.com
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
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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.
