CONTROL DE UNA HÉLICE CON ARDUINO.

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instituto politécnico nacional. 

centro de estudios científicos y tecnológicos no. 3 “ing. estanislao ramírez ruíz”

PROYECTO AULA: CONTROL DE UN BALANCÍN CON HÉLICE POR ARDUINO.

GRUPO: 5IM11

INTEGRANTES:

• CEDILLO ROMERO ERICK 
• DE LA ROSA ISLAS PAOLA JAQUELINE
• FRAUSTO JUÁREZ JESÚS
• GUTIÉRREZ GONZALES ANTONIO 
• MARTÍNEZ CARRILLO DIEGO MAXIMILIANO 
• ORENDA LÓPEZ  JOSE ALEXANDER
• TORRES ROBLES JOSUE EMANUEL 

CONTROL DE UNA HÉLICE CON ARDUINO.

OBJETIVO GENERAL:

 Diseñar un balancín controlado por medio de un arduino, realizando una investigación previa y aplicando los conocimientos que se han adquirido gracias a nuestra trayectoria dentro del CECyT y principalmente en nuestra carrera  de Técnico en Manufactura Asistida por Computadora.

OBJETIVO PARTICULAR:

Construir un balancín con hélice cuyo control y programación se hará por medio de un arduino.

JUSTIFICACIÓN.

Por medio de este trabajo daremos a conocer una extensa investigación para el control de un balancín con hélice por medio de arduino.

Dentro de la investigación realizada podemos encontrar entre algunos temas como la manera de programar arduino y su aplicación, información acerca de sensores, electrónica, física, eléctrica y representaciones en dibujos en 2D para la mayor comprensión de éste.

El objetivo de este proyecto es el diseño y construcción de un prototipo de un sistema tipo balancín desde cero, cuyo movimiento será proporcionado por la fuerza generada por el giro de una hélice acoplada a un motor y situada en su extremo. Principalmente se centra en el diseño y selección de componentes, así como su construcción e integración para su posterior control.

INTRODUCCIÓN.

MARCO TEÓRICO.

FUNCIONAMIENTO BÁSICO

El funcionamiento se basa en el giro del motor y como consecuencia de la hélice, al girar la hélice esta transmite una fuerza que hace girar la barra móvil (este proceso será estudiado rigurosamente en el apartado de modelo matemático, para saber con exactitud las fuerzas que influyen en nuestra práctica). El motor dependiendo del voltaje que reciba girara más deprisa o más despacio haciendo que nuestra barra al estar unida con un grado de libertad con respecto a la otra barra vertical fija se mueva con un movimiento circular, por ello hemos colocado un transportador de ángulos fijado a la barra, para en todo momento poder visualizar la posición en ángulos y poder comprobar cuál ha sido el desplazamiento del movimiento en cuestión. [pic 3]

Estructura del PID[pic 4]

 Las tres componentes de un controlador PID son: la acción proporcional, acción Integral y la acción derivativa. A continuación mostramos el diagrama de bloques con el que se representa este controlador.

Estructura PID 2.1.2.1. Acción de control proporcional El objetivo de esta acción es que una vez ajustado el error en estado estacionario sea cero respecto a una referencia fija. La salida que obtenemos de ella es proporcional al error siendo esta (𝑡) = 𝐾𝑝 ∙ (𝑡) , por lo tanto la función de transferencia de la acción proporcional será nada más que una ganancia ajustable. 𝐶𝑝 (𝑠) = 𝐾𝑝 Control de posición de un balancín con Arduino 8

 Esta acción no corregirá el error en estado permanente. En la siguiente figura podemos ver el funcionamiento de un controlador P.

SINTONIZACIÓN DEL CONTROLADOR PID

 No siempre se usan las tres acciones del controlador PID, normalmente suele aparecer la acción proporcional acompañada solamente de la integral o la derivativa. De esta forma conforman el controlador PI y el PD. Estos junto al controlador PID son los que más comúnmente nos encontramos. El control PI se puede demostrar que funcionara de forma correcta en respuestas donde su dinámica es esencialmente de primer orden. Para su correcto funcionamiento es necesaria una correcta sintonización. Esto se puede hacer de varias formas, en la actualidad existen programas que te lo ajustan automáticamente, pero también se puede hacer manualmente. Para ello tenemos reglas que nos facilitan esta labor. A continuación veremos las reglas propuestas por Ziegler-Nichols.

.Reglas para sintonizar controladores PID de Ziegler-Nichols 

Ziegler y Nichols propusieron unas reglas para determinar los valores de ganancia proporcional Kp, del tiempo integral Ti y del tiempo derivativo Td. Existen dos métodos denominados reglas de sintonización de Ziegler-Nichols. En ambas se pretende obtener un 25% de sobrepaso máximo en la respuesta escalón.

• Primer método

La respuesta de la planta a una entrada escalón unitario se obtiene de manera experimental. Si la planta no contiene integradores ni polos dominantes complejos conjugados, la curva de respuesta escalón unitario puede tener forma de S (si la respuesta no exhibe una curva con forma de S, este método no es pertinente). Tales curvas de respuesta escalón se generan experimentalmente o a partir de una simulación dinámica de la planta. La curva con forma de S se caracteriza por dos parámetros: el tiempo de retardo L y la constante de tiempo T. El tiempo de retardo y la constante de tiempo se determinan dibujando una recta tangente en el punto de inflexión de la curva con forma de S y determinando las intersecciones de esta tangente con el eje del tiempo y la línea c (t)=K, como se aprecia a continuación.

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En este caso, la función de transferencia C(s)/U(s) se aproxima mediante un sistema de primer orden con un retardo de transporte del modo siguiente: (𝑠) 𝑈(𝑠) = 𝐾𝑒 −𝐿𝑠 𝑇𝑠 + 1 Ziegler y Nichols establecieron los valores de Kp, Ti y Td de acuerdo con la siguiente tabla.

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• Segundo método

Este método se realiza con sistema en lazo cerrado.

Primero establecemos Ti=∞ y Td=0.

Usando sólo la acción de control proporcional, se incrementa Kp de 0 a un valor crítico Kc en donde la salida exhiba oscilaciones sostenidas (si la salida no presenta oscilaciones sostenidas para cualquier valor que pueda tomar Kp, no se aplica este método).

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