Aplicación de proyecto de control
Enviado por qwerty0034 • 4 de Diciembre de 2023 • Apuntes • 2.098 Palabras (9 Páginas) • 52 Visitas
APUNTES DE INGENIERIA DE CONTROL CLÁSICO
UNIDAD 6. APLICACIÓN DE PROYECTO DE CONTROL
- Control de velocidad de un motor en lazo cerrado.
Se estudiara la forma de controlar la velocidad de un motor de ca con enfoque en regulación. Para lograr el control del sistema se usa el método de control por paquetes. El método de control por paquetes, es un método que M. Rashid llamó “Principio del control de encendido - apagado”, también es conocido como “Paquetes de onda”, “on-off”, “Modulación discontinua”, “Tiempo de ciclo”, etc. Este tipo de control se usa en aplicaciones con una gran inercia mecánica y alta constante de tiempo térmico (como en calefacción industrial y control de velocidad de motores). El voltaje sinusoidal de entrada se conecta con la carga durante n ciclos y se desconecta durante m ciclos de un periodo T.
En este trabajo, el método se implementó comparando el voltaje de control (Vcon), contra un voltaje rampa (Vrampa). El resultado de esta comparación se ilustra en la Fig. 1.[pic 1]
Fig. 1. Resultado de la Comparación entre Vcon y Vrampa.
En la Fig. 2, se ilustran dos ejemplos de como se logra el control. Cada paquete tiene una duración T, luego de la comparación, los ciclos del voltaje de corriente alterna que están iluminados de negro representan los ciclos que llevan energía a la carga (n), mientras que los iluminados de blanco representan los ciclos que no entregan energía a la carga (m).
Es posible que los semiciclos pasen completos; para ello, Vrampa debe estar sincronizado con la línea de 127 voltios. Nótese además, que el tiempo máximo que se puede entregar energía a la carga se relaciona con el tiempo que Vrampa tarda en desarrollarse y en caer nuevamente a cero voltios.[pic 2]
Fig. 2. Concepto del Método de Control por Paquetes.
En la Fig. 3, se muestra el circuito que genera Vrampa. Se toma la señal del transformador de la fuente de alimentación, luego se hace pasar por un contador binario de 14 bits CD4020B, la señal de la terminal 6 del CD4020B, activa el oscilador monoestable implementado mediante un LM555, que en su terminal 3, entrega un pulso que dura el tiempo preciso para cortocircuitar y descargar el capacitor del AO LM741 configurado como integrador, de esta forma, en su salida se obtiene el voltaje rampa. La
Fig. 6 muestra también el comparador simple implementado con un AO LM741 para comparar Vcon contra Vrampa.[pic 3]
Fig. 3. Circuito que genera un voltaje rampa y etapa de comparación.
La Fig. 4 muestra un diagrama de bloques con las principales partes del controlador diseñado. Para alimentar los circuitos se utiliza una fuente de voltaje bipolar que entrega
±12 Voltios y hasta 2 Amperios.[pic 4]
Figura 4. Diagrama de bloques del diseño del controlador.
La velocidad del motor de ca, se puede obtener acoplando un generador de cd al motor de ca. Esta señal de voltaje representara la velocidad del motor controlado, a más velocidad, mayor voltaje generado.
La Fig. 5 muestra el circuito que se diseñó para generar un voltaje que representa la velocidad de referencia (TR), en la misma escala de voltaje del que representa la del motor ca (TM). De esta forma se pueden comparar. El voltaje TR se sujeta mediante un seguidor de voltaje implementado con un AO LM741 y también puede leerse en el mismo circuito de visualización empleando un mecanismo de interrupción de 2 vías y 2 tiros.
El circuito de visualización consiste en un voltímetro digital de 3½ dígitos comercialmente disponible para la aplicación.
[pic 5]
Fig. 5. Circuito de visualización.
Para obtener la señal de error, se comparan los voltajes TM y TR mediante un AO TL081 configurado como amplificador diferencial. Como se mostró en la Fig. 3.
La señal de error es tratada por un algoritmo de control para obtener un voltaje de control (Vcontrol), que representa la decisión que ejecuta el controlador para tratar de llevar y mantener el valor de la variable controlada en el nivel deseado.
El voltaje de control contiene la información que representa la decisión que toma el algoritmo de control para tratar de mantener la variable controlada bajo dominio y puede corresponder a cualquier acción de control tradicional como control proporcional, proporcional-integral, proporcional-derivativo o proporcional-integral-derivativo. Sin embargo, el voltaje de control también puede provenir de algoritmos de control más modernos y sofisticados como algoritmos de control robusto, control difuso, control inteligente, etc. Estos circuitos electrónicos son los que se colocan entre la señal de error y el punto de comparación con la señal diente de sierra para determinar la modulación por ancho de pulso del método de control encendido-apagado. La forma de implementar los algoritmos tradicionales serán estudiados en los próximos apartados, haciendo notar que en su caso se agrega un amplificador inversor para invertir el signo y en caso necesario ajustar la ganancia.
La forma de implementar la retroalimentación es mediante un generador como se muestra en la siguiente figura:
[pic 6]
Finalmente, en la Fig. 8 se muestra el circuito de la etapa de potencia. El Triac BTA16 se eligió porque su capacidad (20 Amperios) es mayor de la necesaria, lo cual, junto con un disipador de calor ayuda a protegerlo. El uso del optotriac MOC3031 se prefiere en este caso para aislar la etapa de potencia del resto de los circuitos.
[pic 7]
Fig. 8. Etapa de potencia.
Implementación de un control proporcional.
Control P: Para el control P el compensador “C(s)” es solo una constante, por lo tanto no hay que agregar ningún polo ni cero. Es por esto el tipo de control más sencillo de implementar. Entonces “C(s)” puede escribirse de la forma:
𝐶(𝑠) = 𝐾𝑝
Para determinar la respuesta del sistema solo hay que variar el valor de la constante Kp hasta encontrar una respuesta satisfactoria. Aunque es bastante probable que no se encuentre.
Variar las constante Kp equivale a mover los polos sobre el LGR, moviendo los polos y observando la respuesta del sistema a laso cerrado en la gráfica que proporciona sisotool.
Después de realizar varias pruebas con la posición de los polos se determinó que la respuesta del control P que más se ajusta a los objetivos propuestos es la que se muestra en la figura 4.1 ya que es una respuesta más rápida que la respuesta del sistema a laso abierto, no tiene un sobrepaso demasiado alto y no introduce un error de estado estacionario muy grande.
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