UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

Transcripción

1 UNIVERSIDAD POLIÉCNICA DE MADRID DEPARAMENO DE ELECRÓNICA, AUOMÁICA E INFORMÁICA INDUSRIAL Práctic de Servoitem Práctic Sitem muetredo

2 . Sitem muetredo SISEMAS MUESREADOS...3. INRODUCCIÓN A LOS SISEMAS MUESREADOS EL PERIODO DE MUESREO DISEÑO DEL REULADOR DIIAL...5. CUESIONES EÓRICAS CUESIONES PRÁCICAS EXPERIMENACIÓN SOBRE EL EOREMA DEL MUESREO CONROL DIIAL SOBRE EL SISEMA PELIER.... Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril

3 Sitem muetredo.3 Sitem muetredo. Itroducció lo item muetredo U item e dice que e muetredo cudo lgu de l eñle él ocid ufre el proceo de muetreo. Uo de lo elemeto que má frecuetemete exige u muetreo de eñle e el cptdor; por ejemplo, l tempertur de u item fíico o l velocidd gulr de u motor; ét erá trformd de eñl lógic u ecueci de vlore dicreto (muetredo e el tiempo y codificdo e código birio). L etructur bloque de u item de cotrol digitl e idicdo e l figur.: Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril

4 .4 Sitem muetredo Figur. Equem báico del cotrol digitl E de um importci reclcr que e lo item de cotrol digitl o ecerio l utilició de covertidore lógico digitle, CAD, y digitle lógico, CDA, y que por u prte el computdor trbj co eñle digitle y l plt o proceo cotrolr, ormlmete lo hce co eñle lógic. Ambo covertidore trbj co l eñle cd egudo, ete prámetro e uo de lo má importte coiderr e el dieño de lo item muetredo. E cuto l reguldor e í mimo, lo que e hce e implemetrlo como u progrm medite u leguje de progrmció, y e de lto o bjo ivel. El proceo e uele relir obre procedore epecífico, DSP, o como e el co de l práctic, obre l propi CPU del ordedor... El periodo de muetreo De u etudio teórico e oberv que iempre que e dieñe u reguldor digitl, el itervlo de muetreo que e ecoj e de much importci. U frecueci de muetreo demido bj puede degrdr l etbilidd del item, demá, e puede perder iformció debido que l eñle que e utili cmbi rápidmete, por lo que o e etrá trbjdo obre lo dto ctule. Por el cotrrio, i l frecueci e elevd, lo CAD debe er má rápido y el volume de iformció umet, por lo que e debe poer procedore de myore pretcioe. Por tto, fi de poder recotruir u eñl muetred i pérdid de iformció, el teorem de Sho etblece que: f < f B N f S (. ) iedo f B l frecueci del últim rmóico o ulo de l eñl muetrer, f N l frecueci de Nyquit y f S l frecueci de muetreo. Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril

5 Sitem muetredo.5 Exite vri regl práctic pr determir el periodo de muetreo. U de l má utilid por lo igeiero de cotrol e hcer que el itervlo de muetreo cumpl co: S τ < SISEMA (. ) Dode S e l iver de f S, por tto, el periodo de muetreo y τ SISEMA e l cotte de tiempo domite del item. Recuérdee que l cotte de tiempo de u item de primer orde e quel e que l lid lc el.63 del vlor fil, demá coviee idicr que lo proceo idutrile uele er modeldo, co má o meo preciió, como item de primer orde. E cuto l experieci obteid e co práctico e l idutri, e h ecotrdo que, e geerl, lo itervlo de muetreo de lrededor de. o decudo pr proceo de flujo, preió, ivel y tempertur; e cmbio, lo item electromecáico requiere de item de cotrol co tiempo de muetreo e el orde de lo miliegudo... Dieño del reguldor digitl Exite báicmete do efoque pr el dieño de reguldore digitle:. Dieño del reguldor co l técic de cotrol cotiuo, R(), y dicretició de R() R().. Dieño digitl directo. Se dicreti el modelo de plt y e reli el dieño del reguldor medite técic dicret. E et práctic ólo e v bordr l técic de dicretició del reguldor cotiuo, R(). Co ete propóito e deberá clculr, primermete, l fució de trfereci del reguldor cotiuo bie e por método bdo e el Lugr de Ríce bie e por método frecuecile. Seguidmete e procederá l dicretició, covirtiedo R() e R(). Si bie hy vrio método de dicretició, l myorí de ello tiee problem de olpmieto e frecueci, por relir u relció etre el plo de vri regioe del domiio u ol. Si embrgo, l trformció biliel reli u trformció uívoc etre el domiio. Et trformció e defie como: (. 3) dode e el periodo de muetreo. Y u relció iver e del tipo: Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril

6 .6 Sitem muetredo / / (. 4) Al obervr (. 3) e deprede que et trformció e o liel. De hecho, i j d e utituye por jω y por e ω qued: ω ω d t (. 5) iedo ω l frecueci gulr lógic y ω d l frecueci gulr dicret. Por tto i e requiere u reguldor digitl cuy crcterític e frecueci eté defiid por ω d, ω d,, ω d, deberá ure u reguldor lógico cuy frecueci e: ω i ω di t i (. 6) Siedo coocido como el prewrpig del reguldor lógico. Si embrgo, el método de dieño de reguldore dicretido p por u defiició de l cotte del reguldor lógico, pr luego trformrlo digitl, por lo que o e plte u problem de prewrpig. Lo po dr e l obteció del reguldor dicreto o lo iguiete: Obteer lo polo y cero de l FD del reguldor cotiuo, R(), y e por medio de l técic bd e el LDR o bie por método bdo e l repuet frecuecil. Reemplr e el filtro lógico por l expreió dd e.3. Pr fcilitr l trformcioe de e expoe e el cudro., l relcioe exitete de filtro comue de primer y egudo orde medite l trformd biliel. Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril

7 Sitem muetredo.7 Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril ipo de reguldor () () (rformció biliel) PD () ( ) () ; PI () i i () ; PID () ( )( ) i i v v ) ( () ; 4 ; v v v Red de delto/retro de fe () τ τ () b b b b ; ; τ τ τ τ Cudro. rformcioe de () ()

8 .8 Sitem muetredo. Cuetioe teóric. Clculr l erie de Fourier de u eñ cudrd de frecueci H y mplitud V. Lo mimo i l excitció e de turle eoidl.. Si l frecueci máxim de muetreo e de H, Cuál erá l frecueci máxim de l eñl cotiu muetrer i e eoidl? Y i fuer cudrd?. Utilícee como regl práctic u cho de bd de ht el octvo rmóico. 3. Determir l frecueci de muetreo y el reguldor digitl medite trformd biliel pr l célul Peltier, i e be que e v dicretir u red de retro de fe co u p. y 5. y gci etátic igul 5..3 Cuetioe práctic L prte experimetl tiee do prte, e l primer e etudirá el teorem del muetreo, mietr e l egud e prá l cotrol digitl obre l célul de Peltier. Amb prte utilirá el progrm OSCILOSCOPIO.EXE. El mteril de l práctic etrá cotituido por: - Mquet Peltier y PC. - eerdor de fucioe. - Ocilocopio - Polímetro..3. Experimetció obre el teorem del muetreo Se procederá muetrer u eñl eléctric de teió medite el oporte fíico y lógico relido pr tl fi. Co ete propóito e lrá l plicció OSCILOSCOPIO.EXE y e itroducirá l opció Moocl DMA, ddo po l iguiete cudro de diálogo (figur.). L plicció relirá dquiició de dto medite trfereci e DMA y hciedo uo del reloj itero de l trjet PCLAB8P, eto quiere decir que l dquiició e reli e tiempo rel y co l crcterític mrcd por el uurio trvé del cudro de dilogo. Mietr que e reli l dquiició de lo dto, l plicció o repoderá etímulo exteriore, devolviedo el cotrol ólo cudo l trfereci hy cbdo. U ve termid l dquiició de l eñl precerá Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril

9 Sitem muetredo.9 repreetd y e ctivrá l opció de plicr obre l muetr l trformd dicret de Fourier. Figur. Cudro de diálogo de Moocl DMA L crcterític de l dquiició puede er modificdo por el uurio y etá defiido por lo iguiete dto: - L frecueci de muetreo. Pudiedo elegir etre lo iguiete vlore: H, H, KH, KH. - El úmero de muetr recibir. Ete úmero e u poteci de do y puede poeer lo iguiete vlore: 64, 8, 56, 5. - El cl de l trjet por el cul e v dquirir lo vlore. El cl que e elij erá u úmero etre 5. E et práctic e utilirá el cl. - El ivel de teió. Ete vlor v fijr el mrge diámico de teió que pued recibir l trjet. - urdr dto: lmce l muetr e u fichero de exteió.m. U ve que e h elecciodo l crcterític de l dquiició que e dee, e pulrá el botó de OK pr l dquiició de lo dto. Ate de l dquiició l plicció pedirá u comprobció de l crcterític de muetreo por i o e etá eguro. Imeditmete que e h dquirido lo dto l plicció motrrá lo dto e l vet. mbié e hbilitrá el botó de FF. Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril

10 . Sitem muetredo Relir lo iguiete experimeto:. Utilido u frecueci de muetreo de H y jutdo el reto de comdo pr teer l meo cutro ciclo, dquirir por el cl u eñl cudrd de V de mplitud co u frecueci de H. Repreetr l evolució temporl de l eñl, idicdo lo vlore má repreettivo. Obteer tmbié l repuet epectrl de l eñl.. Relir lo mimo pr u eñl eoidl de 4 voltio de mplitud y co u frecueci de 5 H. 3. Determir cul debe er l frecueci de muetreo pr u eñl eoidl cuy frecueci e de H. Utilícee l recomedcioe práctic igeierile. 4. Lo mimo i l eñl e cudrd co u frecueci de 5 H. 5. Cuál e l frecueci máxim que puede muetrer el item, i pérdid de iformció, i l eñl dquirir e eoidl?. Y i e cudrd?..3. Cotrol Digitl obre el item Peltier. Pr el cotrol digitl obre l Peltier hbrá de ejecutr CONROLPELIER.EXE, etrdo e l opció de Cotrol Cláico Dicreto y precerá l cj de diálogo correpodiete l figur.5. Figur. 3 Cudro de diálogo de Cotrol digitl Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril

11 Sitem muetredo. Como e puede ver l brir el cudro de diálogo, l igul que e l opció Cotrol e Cde Abiert, prece vrio elemeto e comú. Se puede precir u vet dode e dibujrá lo dto que e vy dquiriedo. E l prte de debjo de l vet e puede obervr vri cj de edició. Exite u grupo e l prte de l iquierd de cutro cj de edició, l cule prece de u color gri que idic que u vlor o e puede modificr. L do de m l iquierd o pr reflejr el vlor de lo dto de etrd (CAD) y de lid (CDA) cudo e v cogiedo. L cj de l derech idic el tiempo e el que e h ido dquiriedo y l de bjo idic el tiempo rel. U fil iferior e ecuetr el rgo de R(). El úmero idic el grdo del poliomio y l dr l botó precerá u uevo cudro de diálogo pr etregr lo coeficiete del umerdor, b i, y del deomidor, i, de R(). A l derech del grupo teriormete decrito exite u grupo pr trbjr co l tempertur e ve de co l teioe. Etregdo l opció de tempertur mbiete y tempertur míim, l eñle de mdo erá referecid l tempertur que e dee lcr e l cr frí de l Peltier. El fuciomieto del reto del cudro erá imilr. L do cj de debjo de l teriore o: uo clic pr ctivr l preetció de lo vlore de lid y de etrd, juto co el vlor del periodo de muetreo l que e v dquirir lo vlore. U ve que e h elecciodo lo vlore del reguldor R(), el vlor coeguir y el periodo de muetreo e etrá e codicioe de pulr el botó de Coger Dto. Cudo e pul, e verific lo dto obteido y i l plicció ecuetr que lguo etá itroducido de form erróe emitirá u error y o recogerá vlore ht que olucioe el problem. Depué tod l cj de edició que e podí modificr qued olo lectur y o e podrá lterr mietr e dquier lo dto. E l vet precerá lo vlore de etrd que e etá dquiriedo por l trjet y tmbié lo de lid que le por l trjet. Como e puede ver e etá repreetdo tto l etrd como l lid, eto e puede vrir pichdo e l cj de verificció. L trjet de dquiició recogerá vlore ht que el uurio piche e el botó de Prr, que, e hbrá hbilitdo cudo e hy puldo el botó de Coger Dto. U ve que e pich e el botó de Prr todo volverá l poició iicil, excepto que e l vet precerá repreetdo lo último vlore dquirido. Eto vlore puede er viulido trvé de l brr de deplmieto. L cj de edició de l ldo tedrá el vlor e el tiempo de l muetr que e eleccioe por medio de l brr de deplmieto o trvé del rtó. mbié precerá u cru idicdo dode e ecuetr l muetr. Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril

12 . Sitem muetredo Acbd de explicr el fuciomieto de l plicció de Cotrol digitl, e procede plicrlo obre el cotrol dicreto de l célul Peltier. Pr l evlució de lo reguldore dicreto e relirá previmete l clibrció de l Peltier, tl cul y e h cometdo e l práctic teriore, y, luego e prá l opció de Cotrol cláico dicreto, iertdo lo coeficiete de R() y obervdo l repuet del item muetredo..3.. Clibrció del equipo Como iempre y e primer lugr, hbrá de clibrr el equipo Peltier egú e idicó e l práctic 7. Se emplerá l opció Cotrol e cde biert. Se uirá V (A3) co u CP (A4) y u ACOND (A5) co el cl (A). Obervé l figur y proced co lo iguiete po: Figur. 4 Coexió pr el cotrol e cde biert y cotrol digitl. Arrque l plicció CotrolPeltier.exe y etre e l opció Cotrol e cde biert. Verifique que l fuete de limetció e imétric y co ±V. Apgue l fuete, hg l coexioe de l figur y coecte l fuete co el equipo, i ecederl todví... Pog e el cudro de diálogo u mplitud de V, u periodo de. m., y u muetreo de 5 m. Active l fuete y ve que el coumo e el típico del repoo, lrededor de 5mA. A cotiució pule e el botó Crgr dto, eto hrá plicr u eñl cudrd l equipo. 3. Mietr etá cero l eñl de cotrol y el item eté e el régime permete, jute el poteciómetro P de l trjet de codiciomieto co el trimdor (ver erigrfí de l trjet), de form que l teió etre Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril

13 Sitem muetredo.3 lo termile de A5 e, eto e, e etá hciedo U ACOND ulo. Ademá de l medid relid co l trjet de dquiició, háglo tmbié co el polímetro. Si o h teido tiempo uficiete, pre l plicció y repit otr ve el experimeto. 4. Cudo l eñl de cotrol lleg lo V, deje que lcce el régime permete y jute P pr que l U ACOND (A5) e V. Obervé que l medid válid e co el polímetro o co lo covertidore lógicodigitle, y que eto tiee u rgo de ±V y cudo l eñl e myor e vlor boluto V, eto iempre mrc el máximo. 5. Avir l profeor pr motrr lo reultdo. 6. Apgr l fuete de limetció..3.. Reguldore dicreto de l célul Peltier E e eto mometo cudo e p l etudio de lo reguldore dicreto. Se dejrá el mimo motje del Cotrol de cde biert, el idicdo e l figur.4. Si embrgo, lo mecimo de fuciomieto o bolutmete ditito. E cde biert, ólo e muetreb l teió de codiciomieto pr l viulició, hor, co el cotrol digitl, l muetr dquirid irv pr l relimetció, y, por upueto, tmbié pr u viulició, eto e, l eñle muetred o comprd co el vlor de coig, geerdo l eñl de error, l cul e l etrd l reguldor dicreto, R(). L lid del reguldor irá l CDA, V, y tcrá l etp de poteci. Lo po eguir erá:. Dejr el motje del Cotrol e cde biert, tl cul prece e l figur.4.. Seleccioe l opció Cotrol cláico dicreto y pog e el cudro de diálogo u eñl de mdo de V, el periodo de muetreo egú coidercioe igeierile e implemetr el reguldor digitl medite l trformd biliel pr l célul Peltier, i e be que e v dicretir u red de retro de fe co u p. y 5. y gci etátic igul 5. Active l fuete y ve que el coumo e el típico del repoo, lrededor de 5mA. A cotiució pule e el botó Crgr dto, eto hrá plicr el cotrol digitl. 3. Determie el error e el régime permete, el tiempo de etblecimieto y repreete l form de od de l teió de codiciomieto, cotdo lo vlore má igifictivo. El movimieto horrio del poteciómetro hce que el ivel dimiuy. Et regl e válid tto pr P como pr P Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril

14 .4 Sitem muetredo 4. Preete lo reultdo l profeor. 5. Prlelmete hg l imulcioe del comportmieto diámico. 6. Avie l profeor pr que le ipeccioe lo vlore experimetle. Dpto. de Electróic, Automátic e Iformátic Idutril Ecuel Uiveritri de Igeierí écic Idutril