Práctica Controlador integral.

Práctica 5

Nombre de la práctica

Controlador integral.

Descripción de la práctica

La práctica consiste en realizar un circuito con tres amplificadores operacionales que hagan la función de un controlador integral, el cual estará conformado por tres etapas: una etapa de detección de error con un amplificador diferenciador, otra etapa de integración y una tercera etapa inversora con ganancia unitaria.

Objetivo de la práctica

Implementar un circuito controlador integral y medir sus curvas de respuestas.

Introducción

Amplificador inversor

La determinación de la ganancia de tensión en bucle cerrado se realizará teniendo en cuenta la restricción del cortocircuito virtual (con realimentación negativa), las leyes de Kirchhoff y teniendo en cuenta que las corrientes en las entradas son nulas.

[pic 1]

Figura 1.- Diagrama de un circuito amplificador inversor

Considerando el cortocircuito virtual:

[pic 2]

Se determina la corriente circulante del circuito al considerar las corrientes nulas de entrada, mediante leyes de corrientes de Kirchhoff:

[pic 3]

Analizando el circuito mediante ley de voltajes de Kirchhoff:

[pic 5][pic 4]

Sustituyendo la Ecuación 1 sobre la Ecuación 2, se tendrá que:

[pic 6]

Material de la práctica

3 Amplificador Operacional TL081 o equivalente

1 Potenciómetro de precisión de 1k Ohm

9 Resistencias de 10k Ohm

1 Protoboard

Cable UTP

Desarrollo

Construir en una tarjeta de prototipos (protoboard) el circuito de la Figura 2 utilizando los materiales expuestos anteriormente.

[pic 7]

Figura 2. Diagrama del circuito controlador integral.

La tención de alimentación de los amplificadores operacionales será para   y para .[pic 8][pic 9]

Las señales de entrada (cuadrada, rampa y senoidal) tienen una amplitud pico-pico de 2.35V y una frecuencia de 17kHz.

Análisis de Resultados

Los resultados que obtuvimos en el laboratorio se muestran en las gráficas obtenidas por el osciloscopio.

En la figura 3, se muestra el sistema con una señal cuadrada a la entrada y se obtiene una señal triangular a la salida, esto se debe principalmente a que la salida cambia su pendiente en la que carga el capacitor dependiendo del valor que hay en la entrada, si el valor es positivo, se carga con una pendiente negativa por ser retroalimentación negativa pero se corrige con un amplificador inversor de ganancia unitaria y se invierte la señal y con una señal negativa pasa de forma contraria.

[pic 10]

Figura 3. Respuesta del controlador integral a una señal de entrada cuadrada alterna.

En la figura 4, hay un sistema con una señal triangular de entrada y a la salida se muestra una señal senoidal. Este resultado es posible debido a que la señal triangular cambia el valor de la señal en el tiempo, esto genera que haya cambio de pendiente en cada instante de tiempo, lo que genera una forma senoidal, con la misma frecuencia que la señal triangular.

[pic 11]

Figura 4. Respuesta del controlador integral a una señal de entrada triangular.

En la figura 5, se muestra un sistema con una señal senoidal a la entrada y a la salida se puede ver una señal coseno invertida, esto se debe a que la integral de una señal senoidal es el coseno a la misma frecuencia y amplitud pero invertida.

[pic 12]

Figura 5. Respuesta del controlador integral a una señal de entrada senoidal.

Conclusiones

Con la implantación de este controlador se puede obtener una salida distinta a la señal de entrada debido a la integración de la señal.

Referencias bibliográficas

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