CONTROL DE ROBOTS

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

CONTROL DE ROBOTS

PRÁCTICA N° 2

CONTROL ANALÓGICO DE MOTORES DE C. D.

OBJETIVO:

Comprender el funcionamiento de un motor de corriente directa, así como las posibles técnicas para operarlos, puesto que éstos son utilizados como actuadores en robótica.

INTRODUCCION:

Las partes fundamentales de un motor de CD son:

1. Estator (devanado de campo). Devanado que genera el campo magnético fijo. En algunos motores este campo puede ser generado por imanes permanentes.

2. Rotor (devanado de armadura). Devanado cuyo campo, junto al del estator, genera el par de fuerzas que hace girar al rotor.

Principio de funcionamiento

Al pasar la corriente eléctrica por la armadura, los polos del campo magnético de esta se rechazan o atraen con el campo magnético del estator; al dar media vuelta el paso de corriente se interrumpe y la armadura deja de generar campo, pero por inercia sigue moviéndose, a continuación el conmutador conecta un nuevo embobinado de la armadora repitiéndose el ciclo.

Al girar el motor se induce una tensión en el devanado, lo mismo que ocurriría si la maquina se hiciera girar por medio de una turbina o motor de combustión interna, en cuyo caso actuaría como generador, en dicho caso la tensión generada es una fuerza contraelectromotriz (fcem).

El par del rotor es directamente proporcional al flujo del campo y a la corriente en la armadura. El conductor que lleva corriente está colocado en un campo magnético con flujo f, a una distancia r del centro de rotación. La relación entre el par desarrollando, el flujo f y la corriente i, esta dado en la siguiente ecuación (1):

Control de velocidad mediante PWM.

Para controlar la velocidad de un motor de C.D. se necesita un voltaje variable d.c. de la fuente de alimentación. Sin embargo si usamos un motor de 12v y se conecta la alimentación, el motor empezará a aumentar su velocidad: los motores no responden inmediatamente, necesitan un pequeño intervalo de tiempo para alcanzar su velocidad máxima. Si apagamos la alimentación en algún momento antes de que el motor alcance su máxima velocidad, notaremos una disminución de esta. Si encendemos la alimentación y la apagamos rápidamente, el motor tomará una velocidad comprendida entre velocidad cero y velocidad máxima. Esto es exactamente lo que hace un controlador de p.w.m.: alimenta el motor suministrándole una serie de pulsos. Para controlar la velocidad del motor se varía (modula) la anchura de los pulsos - Modulación de Anchura de Pulsos.

A.- La velocidad del Motor esta casi al tope, quiere decir que el motor esta casi siempre energizado.

B.- La velocidad del Motor esta al 50%, quiere decir que el motor esta mitad apagado, mitad energizado.

C.- La velocidad del Motor es muy baja, quiere decir que el motor casi siempre está apagado.

Funcionamiento del servo. Control PWM

La modulación por anchura de pulso, PWM (Pulse Width Modulation), es una de los sistemas más empleados para el control de servos. Este sistema consiste en generar una onda cuadrada en la que se varía el tiempo que el pulso está a nivel alto, manteniendo el mismo período (normalmente), con el objetivo de modificar la posición del servo según se desee.

Para la generación de una onda PWM en un microcontrolador, lo más habitual es usar un timer y un comparador (interrupciones asociadas), de modo que el microcontrolador quede libre para realizar otras tareas, y la generación de la señal sea automática y más efectiva. El mecanismo consiste en programar el timer con el ancho del pulso (el período de la señal) y al comparador con el valor de duración del pulso a nivel alto. Cuando se produce una interrupción de overflow del timer, la subrutina de interrupción debe poner la señal PWM a nivel alto y cuando se produzca la interrupción del comparador, ésta debe poner la señal PWM a nivel bajo. En la actualidad, muchos microcontroladores, como el 68HC08, disponen de hardware específico para realizar esta tarea, eso sí, consumiendo los recursos antes mencionados (timer y comparador).

El sistema de control de un servo se limita a indicar en qué posición se debe situar. Esto se lleva a cabo mediante una serie de pulsos tal que la duración del pulso indica el ángulo de giro del motor. Cada servo tiene sus márgenes de operación, que se corresponden con el ancho del pulso máximo y mínimo que el servo entiende. Los valores más generales se corresponden con pulsos de entre 1 ms y 2 ms de anchura, que dejarían al motor en ambos extremos (0º y 180º). El valor 1.5 ms indicaría la posición central o neutra (90º), mientras que otros valores del pulso lo dejan en posiciones intermedias. Estos valores suelen ser los recomendados, sin embargo, es posible emplear pulsos menores de 1 ms o mayores de 2 ms, pudiéndose conseguir ángulos mayores de 180°. Si se sobrepasan los límites de movimiento del servo, éste comenzará a emitir un zumbido, indicando que se debe cambiar la longitud del pulso. El factor limitante es el tope del potenciómetro y los límites mecánicos constructivos.

Funcionamiento de un motor a pasos

Básicamente estos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator.

Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) deber ser externamente manejada por un controlador.

Motor a medio paso completo: Esta es la secuencia más usada y la que generalmente recomienda el fabricante. Con esta secuencia el motor avanza un paso por vez y debido a

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