LABORATORIO DE CONTROL

Transcripción

1 Facultad de Ingeniería División de Ingeniería Eléctrica Departamento de Ingeniería de Control LABORATORIO DE CONTROL ANALOGICO P R A C T I C A CONTROL DE VELOCIDAD Y POSICION Agosto 998

2 CONTROL DE VELOCIDAD C O N T E N I D O I. Objetivos II. Antecedentes. III. Material y equipo. IV. Descripción de la práctica. V. Desarrollo de la práctica. Determinación de la constante de la acción proporcional. Determinación de la constante de la acción integral. Determinación de la constante de la acción derivativa. Control de velocidad en malla abierta. Control automático de velocidad en malla cerrada. Efecto de las diferentes componentes del controlador PID en el control automático de velocidad en malla cerrada. VI. Hoja de resultados. I. Objetivos Al concluir la práctica el alumno se familiarizará con el uso de los controladores PID. Entenderá conceptos tales como: Ganancia, realimentación, lazo cerrado, lazo abierto y tipos de respuesta del sistema. II. Antecedentes. Para una comprensión satisfactoria de esta práctica es necesario que el alumno conozca lo siguiente: Equipo de laboratorio: Manejo del multímetro y del osciloscopio. Semiconductores: Deberá conocer los conceptos básicos de la función y operación de diodos, transistores, mos-fets, compuertas lógicas y amplificadores operacionales. Módulos GA y TYA/EV: Para el desarrollo de esta práctica el alumno debe conocer el funcionamiento de cada una de las etapas de los módulos GA y TYA/EV y tendrá la habilidad de alambrar las diferentes etapas correctamente, para lo cual deberá haber realizado la práctica de introducción al control de velocidad previamente.

3 III. Material y equipo Fuente PS/EV. Módulo de Velocidad TYA y Controlador GA. Osciloscopio. Multímetro. Generador de Señales. Juego de cables para conexión. Cables de alimentación. Juego de puntas para multímetro. Conectores BNC o puntas para osciloscopio Cable de conexión DIN. IV. Descripción de la práctica Para el desarrollo de la práctica se utilizará el sistema formado por los módulos GA y TYA/EV los cuales se describieron en la práctica previa de introducción al sistema de velocidad y posición. V. Desarrollo de la práctica. A continuación se proponen algunos ejercicios para observar el efecto de las técnicas básicas de control sobre el proceso de velocidad. El control de velocidad es una actividad muy difundida tanto en el ámbito industrial, como en el doméstico, en el civil o el militar. Para realizar el control de velocidad contamos con la Unidad GA, que vista en un diagrama de bloques puede representarse como se muestra en la figura. Figura. Diagrama de bloques de la unidad GA. Determinación de la constante de la acción proporcional. Para determinar la constante Kp realice los siguientes pasos: - Alambre el circuito mostrado en la figura. - Alimentar al módulo GA sólo con las tensiones de ± Vcc. NO conectar la de +0 Vcc. - Aplique una señal cuadrada de 00 Hz de frecuencia, una amplitud de 00 mv y un valor de offset nulo, entre en el borne 0 y tierra. - Conectar el borne 0 al canal I del osciloscopio y el borne al canal II. Sincronizar el instrumento con la señal del canal I. - Colocando la perilla PROPORTIONAL en su valor mínimo, compare la señal de entrada con la señal de salida y anote sus observaciones. - Calcular la constante de proporcionalidad Kp del controlador proporcional (Kp está dado por la relación entre la magnitud de señal de salida y la magnitud de la señal de entrada).

4 - Calcule los diferentes valores de Kp, girando la perilla PROPORTIONAL en cada una de las posiciones marcadas. Organice los datos en una tabla. - Variar la forma de onda de la señal de entrada y observar como es la respuesta del controlador proporcional a estas señales. Figura. Diagrama del controlador proporcional. Determinación de la constante de la acción integral ti. Para evaluar la constante de la acción integral realice los siguientes pasos: - Alambre el circuito mostrado en la figura. Conecte únicamente la fuente de ± Vcc. - Aplique en el borne 0 una señal cuadrada de 0 Hz de frecuencia, una amplitud de V y valor de offset nulo. - Conectar el borne 0 al canal I del osciloscopio y el borne al canal II. Sincronizar el instrumento con la señal del canal I. Ponga el canal II en AC, para no observar la componente de DC en la señal de salida. - Mover la perilla INTEGRATIVE a su valor mínimo. - Utilizando el osciloscopio determinar la constante de tiempo ti del controlador de acción integral (ti es el tiempo necesario para que el valor de la señal de salida alcance el de la señal de entrada). V Entrada Salida ti t - Girando la perilla INTEGRATIVE variar la constante de tiempo y anotar sus observaciones. - Varíe la forma de onda de la señal de entrada y anote sus observaciones.

5 Figura.Diagrama del controlador integral. Determinación de la constante de tiempo de la acción derivativa (td). Para evaluar la constante de la acción derivativa realice los siguientes pasos: - Realice el circuito de la figura. - Alimentar el módulo sólo con las tensiones de ± Vcc. - Aplicar en el punto 0 una señal de onda triangular de 00 Hz de frecuencia, una amplitud de 0. V y un valor de offset nulo. - Fijar la perilla DERIVATIVE en su valor máximo. - Conectar el borne 0 al canal I del osciloscopio y el borne al canal II. Sincronizar el instrumento con la señal del canal I. - Compare las señales de entrada y de salida y anote lo que observa. - Utilizando el osciloscopio determinar la constante de tiempo td del controlador de acción derivativa (td es el tiempo necesario para que el valor de la señal de entrada alcance el de la señal de salida). V Salida Entrada td - Gire la perilla DERIVATIVE y anote sus observaciones. t Figura. Diagrama del controlador derivativo.

6 Control de la velocidad en malla abierta. Para llevar acabo el experimento realice los siguientes pasos: - Encienda la fuente PS/EV y ajuste el voltaje de 0 Vcd. - Apague la fuente y conecte los voltajes de polarización ± Vcd y +0 Vcd requeridos por el módulo GA. - Arme el siguiente circuito. Conectando además la unidad TYA/EV al módulo GA, a través del conector DIN y las terminales + y. SET POINT 9 PWM & POWER - Introducir un puente entre el borne y. - Regular el manubrio del freno mecánico para tener una carga nula. - Coloque el multímetro entre la salida del bloque SET POINT (borne ) y tierra. - Encienda la fuente PS/EV. Si el voltaje de 0 Vcd decrece, gire la perilla de corriente hasta que el indicador C.V. se encienda. - Fijando los valores de la señal de referencia indicados en la siguiente tabla, tome las lecturas de velocidad correspondientes registradas en el DIGITAL RPM METER. Trace la gráfica correspondiente. Voltaje (V) 0 Velocidad (RPM) - Colocar el motor a una velocidad de 000 RPM y poner una carga al motor (unidad TYA/EV) girando el manubrio del freno cuidando que la fuente no consuma mas de 0. Amperes, repetir las mediciones anteriores. Trace la gráfica correspondiente. Voltaje (V) 0 Velocidad (RPM) - Anote sus conclusiones. Control de automático de la velocidad en malla cerrada. Para llevar acabo el experimento realice los siguientes pasos: - Apague la fuente PS/EV. Mantenga las conexiones de polarización. - Alambre el circuito mostrado en la figura. - Elimine cualquier carga a la flecha del motor

7 - Girar las perillas PROPORTIONAL y DERIVATIVE hasta su valor máximo, y la de INTEGRATIVE hasta su valor mínimo. - Encienda la fuente PS/EV. Si el voltaje de 0 Vcd decrece, gire la perilla de corriente hasta que el indicador C.V. se encienda. - Conecte el multímetro a la salida del bloque SET POINT (borne y tierra). - Con el propósito de calibrar el acondicionador de señal TACHO-GEN CONDITIONER para que el motor gire a una velocidad de 000 RPM cuando se tiene una señal de referencia de 8V, es necesario fijar un voltaje de 8V en la salida del bloque SET POINT (borne ) y girar la perilla del bloque TACHO-GEN CONDITIONER hasta que en el display del DIGITAL RPM METER se visualicen 000 RMP. Figura. Diagrama del control automático de la velocidad en malla cerrada. - A continuación se fijan los valores de SET POINT indicados en la siguiente tabla y se registra la velocidad (visualizada en el DIGITAL RPM METER )a la que gira el motor para cada caso. Trazar la gráfica correspondiente. Voltaje (V) 8 Velocidad (RPM) - Poner una carga al motor (unidad TYA/EV) girando el manubrio del freno y repetir las mediciones anteriores. Trazar la gráfica correspondiente. - Nota: Teniendo 000 RPM aplicar la carga cuidando que en la fuente no se consuma mas de 0. Amperes. Voltaje (V) 8 Velocidad (RPM)

8 - Anote sus conclusiones. Efecto de las diferentes componentes del controlador PID en el control automático de la velocidad en cadena cerrada. - Alambre el circuito de la figura. Excepto las conexiones entre los bornes - y -. - Poner una carga nula en la unidad TYA/EV girando el manubrio del freno. - Ponga la perilla PROPORTIONAL en su valor mínimo. - Polarizar el módulo GA con los voltajes de ± Vcc y +0 Vcc. - Fijar un valor de SET POINT de V y medir el voltaje a la salida del bloque ERROR AMPLIFIER, que corresponde a la diferencia entre el valor de SET POINT y el de magnitud de salida obtenida. - Fijar la perilla PROPORTIONAL en su posición máxima. Observar como varía el error en función de la acción proporcional. - Activar la acción integral conectando el borne con el y mover la perilla INTEGRATIVE a su posición mínima. Medir el error. - Ahora mover la perilla INTEGRATIVE a su posición media y la de PROPORTIONAL en su valor mínimo. Medir el error. Desconectar el borne del y volver a medir el error. - Vuelva a conectar la acción integral y sitúe la perilla INTEGRATIVE en su posición mínima. Observe que con la acción integral el error disminuye, pero el sistema tiende a oscilar. - Por último activar la acción derivativa conectando el borne con el. Gire la perilla DERIVARIVE en su posición máxima y observe como el sistema se hace nuevamente estable. - Anote sus conclusiones de lo observado.