Control de Velocidad y Posición de Motor DC

UNIVERSIDAD DON BOSCO FACULTAD DE ESTUDIOS TECNOLÓGICOS ELECTRÓNICA

GUIA DE LABORATORIO # 10

CICLO: 01/2013

Nombre de la Practica: Lugar de Ejecución: Tiem Tiempo po Esti Estima mado do:: MATERIA: DOCENTES:

Control de Velocidad y Posición de Motor DC 3.203 Instrumentación y Control 2h 30mi 30min n Instrumentación y Control Analógico Mario Díaz, Tania Martínez y Samuel Murcia I. OBJETIVOS

Que el estudiante: Experimente con un sistema de control de motor DC y su conexión en cascada para control de Posición Analice la aplicación de la instrumentación y control automático en un sistema real •

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II. INTRODUCCION TEORICA En esta práctica se experimentará con un motor DC de imanes permanentes, el cual tiene acoplado una dínamo taquimétrica para la medición de velocidad, y también un potenciómetro para la medición de posición angular, se realizarán procedimientos concernientes concernientes a la obtención de las curvas de los transductores para posteriormente observar el funcionamiento del sistema completo tanto en lazo abierto y en lazo cerrado. Se realizará para el control de posición un control en cascada para también regular la velocidad del motor cuando se esté variando la posición por medio de la referencia. referencia.

III. MATERIALES Y EQUIPO Para la realización de la guía de práctica se requerirá lo siguiente:

No. Requerimiento 1 2 3

Cantidad

Motor con encoder TY 36A Electrónica Venetta Tarjeta de control de posición /velocidad G36A Electrónica Venetta Voltímetro

1 1 1

IV. PROCEDIMIENTO Parte 1. Sensores de Velocidad y Posición El acondicionador de señales para dínamo taquimétrica En la Figura 1 se muestra el acondicionador de señales para el transductor de velocidad, en el siguiente procedimiento se procederá a determinar la curva de velocidad vs voltaje

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Guía # 10: Control de Velocidad y Posición de Motor DC

Figura 1. Acondicionador de señal para la Dinamo Taquimétrica 1. Realice el circuito de la figura siguiente con la tarjeta G36A

Figura 2. Conexiones para medición de velocidad 2. En el bloque “PID Controller” gire la perilla “Proportional” hasta el valor máximo. 3. Conecte todas las fuentes de alimentación necesarias para el módulo. 4. Disponga de un voltímetro de corriente directa y mida entre el borne 22 y tierra. 5. Gire la perilla “Set Point” (Valor preestablecido) completamente en el sentido de las agujas del reloj. 6. Gire la perilla del bloque “Tacho-gen conditioner” hasta que se lea el valor de 4000 RPM en el display del “Digital RPM Meter”. 7. Varíe la perilla Set Point para cada valor programado en la tabla 1, y mida con el voltímetro la tensión suministrada por la dínamo taquimétrica. 8. Transcriba en la siguiente tabla los valores de la tensión de salida de la dínamo correspondientes a cada uno de los valores programados. RPM 0 500 1000 Instrumentación y Control Analógico

Tensión

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Guía # 10: Control de Velocidad y Posición de Motor DC 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Tabla 1. Salida del transductor de la Dinamo Taquimétrica 9. Trace un gráfico de coordenadas trasladando los valores de velocidad al eje de las abscisas y los de la tensión al eje de las ordenadas. 10. Trace una curva que más se aproxime a todos los puntos: ésta será la denominada “curva característica de la dínamo taquimétrica”. 11. Repita las operaciones precedentes programando valores de “Set Point” negativos (sentido de rotación opuesto).

Trazado de la curva característica del transductor potenciométrico El transductor potenciométrico sirve para determinar la posición angular, consta de un potenciómetro lineal acoplado al eje del motor, el circuito empleado para acondicionar esta señal es el siguiente:

Figura 3. Transductor Potenciométrico 12. Arme el circuito de la siguiente figura en la tarjeta G36A

Figura 4. Sistema de obtención de curva del transductor de Posición 13. En el bloque “PID Controller” gire la perilla “Proportional” y la de “Integrative” hasta el valor máximo. Instrumentación y Control Analógico

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Guía # 10: Control de Velocidad y Posición de Motor DC 14. Conecte todas las fuentes de alimentación del módulo. 15. Utilice un voltímetro de corriente continua para medir entre el borne 21 y tierra. 16. Encienda la fuente de alimentación. 17. Gire la perilla “Set Point” completamente en el sentido de las agujas del reloj. 18. Ajustando la perilla “Set Point” programe los valores de posición angular indicados en la siguiente tabla. (Estos valores se visualizan con la aguja de la unidad TY36A/EV). 19. Varíe la perilla Set Point para cada valor programado en la Tabla 2 y mida con un voltímetro la tensión suministrada por el conjunto transductor potenciométricoacondicionador de señales 20. Transcriba en la tabla los valores de tensión de salida del bloque “Potentiometer conditioner” correspondientes a la posición angular preestablecida. Posición Angular Tensión 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 Tabla 2. Salida del acondicionador Potenciométrico 21. Trace un gráfico de coordenadas trasladando las posiciones angulares al eje de las abscisas y los valores de tensión al eje de las ordenadas. 22. Traslade al gráfico los puntos cuyas coordenadas se hallan en la tabla. 23. Trace una curva que más se aproxime a todos los puntos: ésta es la denominada “Curva Característica del conjunto transductor potenciométrico-acondicionador de señales.

Control Automático de Velocidad en lazo abierto 24. Realice el circuito de la Figura 5.

Figura 5. Control de Velocidad en lazo abierto 25. Haga un puente entre el borne 26 y 27 para poden conectar el circuito fijador (“clamp”). 26. Regule el freno para no tener carga en el eje del motor por medio del manubrio. Instrumentación y Control Analógico

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27. Fije una tensión de Set Point de 0V y lea la velocidad visualizada en el display del “DIGITAL RPM METER”. 28. Transcriba la medida en la Tabla 3. 29. Repita la medición para todos los valores de tensión indicados en la Tabla 3. Tensión Set Point RPM 0 1 2 3 4 5 6 7 Tabla 3. Mediciones de Velocidad en lazo abierto sin carga 30. Fije nuevamente la tensión del Set Point a 0V 31. Ponga una carga apreciable girando el manubrio del freno. Evite bloquear el motor con una acción de frenado demasiado fuerte. 32. Efectúe las mismas mediciones que las realizadas con una carga nula. Tensión Set Point RPM 0 1 2 3 4 5 6 7 Tabla 4. Mediciones de Velocidad en lazo abierto con carga 33. Trace en un gráfico las figuras de Tensión de Set Point/Velocidad Angular de rotación correspondientes a una carga nula y a una carga diferente de cero. 34. Repita las mediciones anteriores empleando valores de medición negativos.

Control Automático de Velocidad en lazo cerrado 35. Realice el circuito de la figura 2. Y añada las conexiones de los puntos 26 con 27; 11 con 12; 13 con 14 y 15 con 16. 36. Gire el manubrio para obtener una carga nula en el eje del motor. 37. Gire el potenciómetro PROPORTIONAL del PID CONTROLLER hasta su valor máximo y el INTEGRATIVE en su valor mínimo.

Instrumentación y Control Analógico

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Guía # 10: Control de Velocidad y Posición de Motor DC 38. Fije una tensión de Set Point de 0V y lea la velocidad visualizada en el display del DIGITAL RPM METER, transcriba este valor a la tabla 5, Repita la medición para cada uno de los valores de dicha tabla. Tensión Set Point RPM 0 1 2 3 4 5 6 7 Tabla 5. Salida en RPM para lazo cerrado sin carga 39. Fije la tensión de Set Point nuevamente en 0V 40. Coloque una carga apreciable girando el manubrio evitando el bloqueo del motor. 41. Repita las mismas condiciones que las realizadas con una carga nula. 42. Trace en un gráfico las figuras de Tensión de Set Point/Velocidad Angular de rotación correspondientes a una carga nula y a una carga diferente de cero. 43. Repita las mediciones anteriores empleando valores de tensión negativos. 44. Compare los datos obtenidos en este ejercicio con los del ejercicio de control en lazo abierto.

Control Automático de velocidad en lazo cerrado: efecto de las diferentes componentes del controlador PID 45. Mantenga el circuito de la parte anterior. 46. Ajuste el freno para dejar una carga nula. 47. Active sólo la acción proporcional del controlador (para ello deje conectado solamente el borne 11 con 12) y gire la perilla “PROPORTIONAL” a su valor mínimo. 48. Fije la tensión de Set Point en 4V y mida la tensión del borne 6 (salida del amplificador de error) que corresponde a la diferencia entre el valor de Set Point y el de la magnitud de la señal de salida obtenida. 49. Gire la perilla “PROPORTIONAL” fijando su posición en el valor máximo. 50. Mida la tensión de salida del amplificador de error y observe cómo varía el error en función de la acción proporcional. 51. Active la acción integradora conectando el borne 13 con el 14 y sitúe el potenciómetro “INTEGRATIVE” en la posición de valor mínimo y mida el error. 52. Gire el potenciómetro “INTEGRATIVE” hasta la mitad de su carrera y fije el “PROPORTIONAL” en su valor mínimo.


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Guía # 10: Control de Velocidad y Posición de Motor DC 53. En estas condiciones mida el error; luego, desactive la acción integradora desconectando el borne 13 del 14 y vuelva a medir el error. 54. Obsérvese que la acción integradora tiende a anular el error. 55. Vuelva a conectar los bornes 13 y 14 y sitúe el potenciómetro “INTEGRATIVE” en la posición de valor mínimo. 56. Nótese que con la acción integradora el error disminuye, pero el sistema tiende a oscilar (condición de inestabilidad). 57. Por último, active la acción derivativa y observe que con esta última el sistema se hace nuevamente estable.

Control Automático de Posición 58. Arme nuevamente el circuito de la figura 4, sólo que en el controlador PID se tendrán que hacer las conexiones de los bornes 11 con 12, 13 con 14 y 15 con 16 dependiendo del procedimiento. 59. Haga que el sistema no tenga carga aplicada por medio del manubrio de freno mecánico. 60. Fije el potenciómetro “PROPORTIONAL” del “PID CONTROLLER” en la posición de valor máximo y el “INTEGRATIVE” en la de valor mínimo “DERIVATIVE” en mínimo. 61. Fije la tensión de Set Point en 0V y lea la posición (expresada en grados) del índice situado en la unidad externa TY36A/EV. 62. Transcriba la medida a la Tabla 6 Tensión Set Point Posición angular 0 1 2 3 4 5 6 7 Tabla 6. Tensión de Set Point y Posición Angular. 63. Repita la medición para todos los valores de tensión indicados en dicha tabla. 64. Fije nuevamente la tensión del Set Point en 0V 65. Ponga una carga apreciable (que no bloquee el motor) girando el manubrio del freno. 66. Repita las mediciones anteriores de la Tabla 6. 67. Trace a partir de los datos de la tabla las curvas de Tensión de Set Point vs Posición angular. Correspondientes a una carga nula y a carga diferente de cero. 68. Repita las mediciones anteriores empleando valores de tensión de Set Point negativos.

V. DISCUSION DE RESULTADOS Instrumentación y Control Analógico

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1. Analice las curvas de los transductores estudiados, ¿Son lineales? ¿Para qué se necesita un acondicionador de señal? 2. Compare los efectos del control a lazo abierto y lo obtenido a lazo cerrado ¿cuál control tiene menor error de estado estable?

VI. INVESTIGACION COMPLEMENTARIA 1. Investigue acerca de controles de velocidad de motores de corriente alterna trifásicos 2. Investigue acerca de otros transductores de velocidad disponibles

VII. BIBLIOGRAFIA •

ElettronicaVeneta & INEL S.P.A. Texto teórico Experimental código TG36A.


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