Control Por PID

Diseño e Implementación de Controladores PID Aplicados a Un Motor DC

Wilmar Ayala Wilmar.Ayala@hotmail.com

Leonardo Montaña Leomonri@hotmail.com

John Alexander Zea Plazas John.zea@hotmail.com

RESUMEN: En este informe se presenta el diseño del control de velocidad de un motor DC a partir de diferentes controladores PID, un sistema de adquisición de datos por computadora con una tarjeta de National Instruments y una herramienta de simulación de procesos como es Simulink. Se usa otro motor de CC que sirve como generador y hace las veces de sensor, lo que requiere tener en cuenta el acople mecánico de las máquinas y un acondicionamiento a las señales obtenidas con el generador. La sintonización de controladores demanda la identificación de la dinámica del proceso que se va a controlar y luego obtener los parámetros del controlador, para lo cual se usa el método conocido de Smith en la identificación de procesos de lazo abierto y se prosigue con el análisis, diseño y comparación de distintos controladores PID.

ABSTRACT This report presents the design of control DC motor speed controllers from different PID, a data acquisition computer with a card from National Instruments and a process simulation tool such as Simulink. Using another DC motor that serves as a generator and acts as a sensor, which requires taking into account the mechanical coupling and conditioning machines to the signals obtained with the generator. Tuning controllers to identify the demand dynamics of the process to be controlled and then obtain the controller parameters, for which use the known method of Smith in the identification of open-loop process continues with the analysis, design and comparison of different PID.

PALABRAS CLAVE: Acondicionamientos de señal, curva de reacción, ganancias proporcional, integral y derivativa, retroalimentación.

INTRODUCCIÓN

Ya que se usa un motor dc como sensor es necesario un ajuste mecánico apropiado entre los motores que favorezca la reducción de pérdidas por trasformación de energía, se sigue con el diseño e implementación de circuitos basados en amplificadores operacionales comerciales, que permitan acondicionar las señales proporcionadas por el sensor a un rango establecido de 0-5 v además de un acople entre la tarjeta de adquisición de datos y la planta. Posteriormente se continúa con la identificación de la dinámica del proceso mediante el Método de dos puntos de Smith. La curva de reacción del proceso se obtiene mediante una prueba de lazo abierto situados en el punto de operación deseado. En estas condiciones se aplica un cambio de escalón, se registra esta señal y la de salida del proceso desde el instante en que se aplicó el escalón de entrada hasta que el sistema alcance un nuevo punto de operación estable. Luego de tener el modelo de la planta se finaliza con el diseño y comparación de diferentes controladores PID tanto simulados como implementados donde se observó buen funcionamiento de los mismos, bajas señales de control y cambios en la respuesta transitoria del sistema.

MONTAJE FISICO

El montaje consta de dos motores DC, uno será el sistema a controlar y el otro el sensor, se usan amplificadores operacionales LF 353 para acondicionamiento y seguimiento de señales para el acople con la tarjeta de adquisición de datos DAQ referencia 6009 National Instruments, además un driver de potencia basado en un TIP 41C y un filtro pasa bajas con el q se pretende mejorar la respuesta del sensor.

Figura1 Sistema a Controlar

3. MODELAMEINTO DEL SISTEMA

La obtención de la información dinámica del proceso requiere que éste sea excitado de alguna forma y que tanto la entrada aplicada así como la respuesta del proceso, sean registradas. Por estas razones resulta necesario realizar una prueba experimental que permita identificar un modelo dinámico para el proceso. Los métodos basados en la curva de reacción del proceso son métodos de lazo abierto, el controlador puede o no estar instalado y si lo está operará de modo “manual” durante la prueba.

En este caso la respuesta registrada se muestra a continuación y se usa el método de los dos puntos de Smith para su descripción

Figura2 Curva de Reacción

La respuesta al sistema es de primer orden y tiene la forma:

Y de acuerdo con el Método de dos puntos

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