Asignatura: CONTROL DIGITAL Y NO LINEAL. Departamento de Electrónica Facultad de Ingeniería U.Na.M 2015.

Transcripción

1 Universidad Nacional de Misiones Departaento de Electrónica Facultad de Ingeniería U.Na.M 205. LABORATORIO Nº MUESTREO DE SEÑALES EN TIEMPO CONTINUO: PARTE 2 Análisis de la selección de la recuencia de uestreo de señales con THD elevado.. Objetivo de la práctica. Estudiar el eecto de la selección de la recuencia de uestreo de señales reales que poseen un valor de distorsión arónica (THD) elevada. En este caso, las señales a uestrear y analizar son las tensiones y corrientes presentes a la entrada y salida de un rectiicador a diodos onoásico con iltro capacitivo y carga lineal resistiva. 2. Introducción. En los sisteas de control digital, todas las señales toadas del proceso ísico son señales en tiepo continuo. Siendo así, en todos los sisteas que involucren un controlador digital, se requiere un proceso de uestreo o adquisición de la señal analógica para ingresar esta isa en ora de secuencias nuéricas al procesador digital. Un esquea típico de un sistea de control digital se uestra en la Figura. 6 5 r(kt) + e(kt) - y(kt) 2 COMPUTADORA DIGITAL ALGORITMO DE CONTROL DIGITAL G(z) A/D u(kt) D/A MUESTREADOR T u*(kt) 3 4 u(t) ROC SEÑAL DE CONTROL PLANTA CONTÍNUA G p (s) y(t) VARIABLE DE PROCESO VARIABLES DIGITALES : r(kt), e(kt), y(xt), u(kt) VARIABLES CONTINUAS: u(t), y(t) VARIABLES DISCRETAS: u * (kt) - LA SEÑAL 2 ES DISCRETA EN EL TIEMPO Y DISCRETA EN MAGNITUD - LA SEÑAL 3 ES DIGITAL PRODUCIDA POR EL ALGORITMO CON BASE EN e(kt) Figura A partir de una señal en tiepo continuo uestreada, la cual puede ser la señal analógica de salida del sistea de control de la Figura, podeos realizar las siguientes cuestiones: Podeos representar esta señal en el tiepo utilizando uestras discretas? Con que recuencia ínia habría que uestrear la señal?

2 Departaento de Electrónica Facultad de Ingeniería U.Na.M 205. Podeos reproducir la ora de onda original? Resulta predecible decir que ientras ayor cantidad de uestras se toen de la señal en tiepo continuo, ucho ás iel será la reproducción de la señal analógica original. Es decir, que si la recuencia de uestreo es suicienteente alta coparada con la coponente ás alta de recuencia presente en la señal de tiepo continuo, las características de aplitud se pueden preservar en la envolvente de la isa. Para reconstruir una señal original a partir de una señal uestreada, existe una recuencia ínia que la operación de uestreo debe satisacer. Dicha recuencia se especiica en el teorea de uestreo. Sea s, la recuencia angular de uestreo en rad/seg deinida coo 2 /T donde T es el período de uestreo. Si se cuple que s > 2 i, con i siendo la coponente de ayor recuencia presente en la señal analógica a uestrear; es posible entonces preservar la señal de tiepo continuo original. En esta segunda parte del laboratorio de uestreo de señales, se analizará, en el doinio del tiepo y de la recuencia, el eecto que produce la selección de una deterinada recuencia de uestreo, de dierentes señales reales. Estas señales son adquiridas con un ódulo adquisidor de datos analógicos, para luego procesarlas y analizarlas en una coputadora digital. 3. Esqueas y equipos utilizados. La igura 2 indica el circuito utilizado para los ensayos de este laboratorio. A: Mide corriente eicaz V: Mide tensión eicaz A V2 R: W/0W Red (220V) V RL Carga Transorador de aislación (220V/220V) Variac V Módulo Rectiicador + iltro V3 FUENTE DE ALIMENTACIÓN NO REGULADA (Sin transorador) Figura 2 Para realizar los ensayos de este laboratorio se utilizará el siguiente equipaiento: 2

3 Universidad Nacional de Misiones Departaento de Electrónica Facultad de Ingeniería U.Na.M 205. Osciloscopio de alacenaiento digital Rigol. Transorador de aislación 380/380Vca. PC con sotware de análisis Matlab. Placa de adquisición de señales NI USB Variac onoásico. Rectiicador onoásico de onda copleta con iltro capacitivo. Resistencias de potencia ceentadas para la carga del rectiicador: x 470W/20W, x W/0W y 3 x 250W/20W. Multíetro digital. Cable de alientación para el osciloscopio sin terinal de tierra. Cables banana-cocodrilo y cocodrilo-cocodrilo. Pendrive para alacenar los datos obtenidos en el osciloscopio. VI de adquisición (Virtual Instruent) para sotware LabVIEW 8.5 y script de Matlab para análisis de los datos obtenidos. 4. Conjunto de señales a uestrear. Ensayo : Tensión sinusoidal de entrada al rectiicador (V). En este ensayo se realiza la adquisición de la ora de onda de la tensión que alienta al circuito indicado en la Figura 2. Se realizan 3 (tres) adquisiciones de esta señal, a dierentes recuencias de uestreo, anteniendo constante en cada caso el núero de uestras. Siguen a continuación los 3 casos: a. 2 y 000 uestras por canal. b. 0 y 000 uestras por canal. c. y 000 uestras por canal. 200 Donde, = recuencia undaental de la señal. Ensayo 2: Corriente alterna drenada de la red (V2). En este ensayo se realiza la adquisición de la ora de onda correspondiente a la dierencia de potencial en bornes de la resistencia R (W/0W), proporcional a la corriente drenada de la red por el rectiicador onoásico a diodos con iltro capacitivo, 3

4 Universidad Nacional de Misiones Departaento de Electrónica Facultad de Ingeniería U.Na.M 205. de la Figura 2. Se realizan tabién en este caso, 3 (tres) adquisiciones de esta señal a dierentes recuencias de uestreo, anteniendo constante en cada caso el núero de uestras. Siguen a continuación los 3 casos: Donde, a. b. c = recuencia undaental de la señal. y 000 uestras por canal. y 000 uestras por canal. y 000 uestras por canal. Ensayo 3: Tensión continua de salida rectiicada y iltrada (V3). En este ensayo se realiza la adquisición de la ora de onda correspondiente a la ondulación (ripple) de la tensión continua rectiicada y iltrada de salida del rectiicador onoásico a diodos con iltro capacitivo de la Figura 2. En este caso, se plantean 3 (tres) adquisiciones de esta señal a dierentes recuencias de uestreo y con dierentes estados de carga, anteniendo constante en cada caso el núero de uestras. Los dierentes estados de carga se realizan para variar la aplitud de la ondulación de la tensión rectiicada y con esto producir una variación en la agnitud de los coponentes del espectro de arónicas de la señal. Siguen a continuación los casos a ipleentar: a. Con 3 (tres) resistencias de carga, en paralelo, de 250W x 20W c/u. b. Con (una) resistencia de carga de 470W x 20W. Para cada estado de carga anterior, se seleccionaran las siguientes recuencias de uestreo: Donde, 5. Procediiento. a. 2 y 000 uestras por canal. b. 0 y 000 uestras por canal. c. y 000 uestras por canal. 200 = recuencia undaental de la señal. Ensayo : Tensión Sinusoidal (V). a. Para la carga RL = 3x250W/20W (en paralelo), arar el circuito de la Figura 2 (veriicar todas las conexiones). Asegurar que el cursor del variac peranezca en la posición correspondiente a la ínia tensión de salida. 4

5 Departaento de Electrónica Facultad de Ingeniería U.Na.M 205. b. Conectar el osciloscopio para edir la tensión V. c. Energizar el circuito y odiicar lentaente la salida del variac hasta alcanzar una tensión eicaz de 7V (edida realizada con el ultíetro y el osciloscopio) para alcanzar un valor de pico próxio a los 0V. Alacenar en el pendrive la iagen siultánea visualizada en el osciloscopio de la ora de onda en el tiepo, y del espectro en la recuencia, presentado por la FFT. d. Cortar la energía de todo el circuito. No odiicar la tensión de salida del variac. e. Retirar el osciloscopio y conectar la placa de adquisición (veriicar la polaridad correspondiente a la entrada analógica). Iportante: No deben peranecer conectados siultáneaente el osciloscopio y la placa de adquisición.. Energizar el circuito. g. Adquirir el conjunto de señales para las distintas recuencias de uestreo propuestas en el punto 4. h. Finalizado el procediiento de adquisición cortar la energía de todo el circuito, desconectar la placa de adquisición y ver que el cursor del variac peranezca en la posición correspondiente a la ínia tensión de salida. Ensayo 2: Corriente alterna drenada de la red (V2). a. Con la isa coniguración del circuito del ensayo. b. Con el circuito sin energía y veriicando que el cursor del variac peranezca en la posición correspondiente a la ínia tensión de salida, conectar el osciloscopio para edir la tensión V2. c. Energizar el circuito y odiicar lentaente la salida del variac hasta alcanzar una tensión eicaz de 45V (edida realizada con el ultíetro y el osciloscopio). Alacenar en el pendrive la iagen siultánea visualizada en el osciloscopio de la ora de onda en el tiepo, y del espectro en la recuencia, presentado por la FFT. 5

6 Departaento de Electrónica Facultad de Ingeniería U.Na.M 205. d. De d a g, ide ensayo. e. Finalizado el procediiento de adquisición cortar la energía de todo el circuito, desconectar la placa de adquisición y ver que el cursor del variac peranezca en la posición correspondiente a la ínia tensión de salida. Ensayo 3: Tensión continua de salida rectiicada y iltrada (V3). Caso a: RL = 3 x 250W/20W a. Con el circuito sin energía, el variac en la posición de ínia tensión de salida y la carga RL conectada, acoplar el osciloscopio para edir la tensión de salida del rectiicador, V3. b. Energizar el circuito y odiicar lentaente la salida del variac hasta alcanzar una tensión eicaz de 7V (edida con el ultíetro) para alcanzar un valor de pico próxio a los 0V. Alacenar en el pendrive la iagen siultánea visualizada en el osciloscopio de la ora de onda en el tiepo, y del espectro en la recuencia, presentado por la FFT. c. Sin odiicar la posición del cursor del variac, cortar la energía de todo el circuito. d. Retirar el osciloscopio y conectar la placa de adquisición (veriicar la polaridad correspondiente a la entrada analógica). Iportante: No deben peranecer conectados siultáneaente el osciloscopio y la placa de adquisición. e. Energizar el circuito.. Adquirir la señal con las distintas recuencias de uestreo propuestas en el punto 4. g. Sin odiicar la posición del cursor del variac, cortar la energía de todo el circuito, desconectar la placa de adquisición y retirar la carga RL. Caso b: RL = x 470W/20W a. Con el circuito sin energía, sin haber odiicado la tensión de salida del variac y con la carga RL conectada, acoplar el osciloscopio para edir la tensión de salida 6

7 Departaento de Electrónica Facultad de Ingeniería U.Na.M 205. del rectiicador, V3. b. Energizar el circuito y alacenar en el pendrive la iagen siultánea visualizada en el osciloscopio de la ora de onda en el tiepo, y del espectro en la recuencia, presentado por la FFT. c. De c a, ide caso a. d. Cortar la energía de todo el circuito, asegurar que el cursor del variac peranezca en la posición correspondiente a la ínia tensión de salida, desconectar la placa de adquisición y retirar la carga RL. e. THE END. 6. Utilización del VI de adquisición de datos, del plug-in para el Excel y del script de Matlab El procediiento de uso del sotware requerido para esta actividad de laboratorio, será explicado a cada grupo por el docente a cargo del iso. Se le brindará tabién al grupo de alunos, todo el sotware necesario para que lo puedan usar en aplicaciones siilares. 7. Entrega de inores. El grupo de alunos debe presentar un inore, de acuerdo al odelo ya publicado y entregado durante el cursado de Control Clásico y Moderno, conteniendo: Carátula con el nobre de la cátedra, título del laboratorio, integrantes del grupo, proesores responsables, año y lugar. Introducción. Equipaiento utilizado, incluyendo arca, odelo y núero de inventario. Herraientas de sotware utilizadas Desarrollo de la experiencia. Detalle de todos los pasos realizados, gráicos e iágenes. Guardar especial cuidado en el contenido conceptual de la redacción. Conclusiones obtenidas en cada ensayo. 7