Control adaptativo de un motor DC

TECNOLOGICO NACIONAL DE MÉXICO

Campus Agua Prieta

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ELEMENTOS DEL SISTEMA DE CONTROL

Control adaptativo de un motor DC

Maestro: José Nahúm Ledezma Mercado

Alumno: Nicole Noriega Hernández/José A. Martínez Barraza/ Jerson A. Noperi Salazar/Omar A. García Ordoñez

Grupo: Electrónica VI

Agua Prieta, Sonora a 31 de julio de 2020

Introducción.

        Respecto al desarrollo del proyecto, la razón por la cual se decidió investigar acerca del control de un sistema eléctrico es principalmente porque es un campo el cual como estudiantes de ingeniería electrónica tenemos muy bien contemplado.

Ahora bien, la razón que justifica el que el actuador sea un motor eléctrico DC tiene dos motivos principales: primero un motor DC es muy sencillo de controlar y con fines prácticos es mas sencillo de ejemplificar, a parte como segundo punto las aplicaciones en las cuales el control de torque de un motor puede ser utilizadas son muy variadas y el proyecto apunta a poder ser utilizado más adelante.

Como descripción del proyecto tenemos que: se trata de un motor eléctrico el cual estará siendo monitoreado por un tacómetro, el cual, enviará una señal de error que corregirá el giro del motor en caso de que el mismo se salga de los parámetros previamente definidos por el usuario.

Componentes físicos principales.

        En cuanto a los componentes “primordiales” del proyecto, podemos destacas tres pilares fundamentales y sin los cuales no se puede llevar a cabo el mismo. En este apartado abordaremos las características principales de los tres componentes básicos del sistema de control eléctrico del control adaptativo de un motor DC; el controlador (Arduino), el sensor (tacómetro) y por supuesto el motor DC.

Placa controladora, Arduino MEGA 2560:

        El Arduino Mega 2560 es una placa de desarrollo basada en el microcontrolador ATmega2560. Tiene 54 entradas/salidas digitales (de las cuales 15 pueden ser usadas como salidas PWM), 16 entradas analógicas, 4 UARTs, un cristal de 16Mhz, conexión USB, jack para alimentación DC, conector ICSP, y un botón de reseteo. La placa Mega 2560 es compatible con la mayoría de shields compatibles para Arduino UNO. El Arduino Mega 2560 es una actualización que remplaza al Arduino Mega.

Este dispositivo microcontrolador será quien ejecute las instrucciones del sistema de control, y asimismo aumentará o reducirá el voltaje enviado al motor según sea requerido.

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Tacómetro:

        Un tacómetro (del griego <<τάχος>>, táchos, ‘rapidez’ y <<μέτρον>>, metron, ‘medida’) es un dispositivo que mide la velocidad de giro de un eje, normalmente la velocidad de giro de un motor. Se mide en revoluciones por minuto (RPM). Actualmente se utilizan con mayor frecuencia los tacómetros digitales, por su mayor precisión.

Los primeros tacómetros mecánicos se basaron en la medición de la fuerza centrífuga, Se cree que el inventor fue el ingeniero alemán Diedrich Uhlhorn, quien lo utilizó para medir la velocidad de las máquinas en 1817. Desde 1840, se utilizó para medir la velocidad de las locomotoras.

En nuestro caso, será lo mas adecuado utilizar un tacómetro digital, puesto que, es la clase de dispositivo que podrá enviar de manera más optima la señal censada del giro del motor a la placa controladora.

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Motor DC:

        El motor de corriente continua, denominado también motor de corriente directa, motor CC o motor DC (por las iniciales en inglés direct current), es una máquina que convierte energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción de un campo magnético. Las escobillas de los motores de baja potencia se fabrican de grafito. Para los que requieren corrientes elevadas, como los motores de arranque de los vehículos, se fabrican con una aleación de grafito y metal. Un motor de corriente continua se compone, principalmente, de dos partes:

1. El estátor da soporte mecánico al aparato y contiene los polos de la máquina, que pueden ser o bien devanados de hilo de cobre sobre un núcleo de hierro, o imanes permanentes.
2. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa a través del colector formado por delgas. Las delgas se fabrican generalmente de cobre y están en contacto alternante con las escobillas fijas.

Puesto que es un motor muy sencillo de utilizar por su simplicidad y practicidad, además de su sencillo manejo, hacen de este tipo de motor el actuador ideal para iniciar a practicar los sistemas de control.

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Sistema de control.

        Como ya se dijo anteriormente, el sistema de control es un <>, puesto que es el más afín a nuestra carrera. De este modo se optó por investigar el control sobre un motor (actuador) muestreado por un tacómetro (sensor), para controlar mediante el S. E. C su torque.

Para ello definimos cada elemento de control y en base a su entrada (voltaje) y su salida (torque) pudimos darnos cuenta de que la manera más sencilla de obtener la función de transferencia era haciendo uso de una función de ganancia de voltaje básica de los motores eléctricos;

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Donde:

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Todo esto ubicándolo adecuadamente en el siguiente diagrama:

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Cabe destacar que los componentes eléctricos (voltaje, resistencia, corriente e inductancia) corresponden a la primera malla mostrada en el diagrama, mientras que la fuerza que actúa sobre el rotor y la velocidad de giro, son ejemplificadas mediante el cilindro que representa al componente mecánico de giro.

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