LIM. Validación del software SIMULANCLA mediante la fabricación y simulación de un prototipo del sistema de fondeo. Trabajo fin de Máster

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "LIM. Validación del software SIMULANCLA mediante la fabricación y simulación de un prototipo del sistema de fondeo. Trabajo fin de Máster"

Gabriel Ortiz Peña
hace 5 años
Vistas:

1 Trabajo fin de Máster Validación del software SIMULANCLA mediante la fabricación y simulación de un prototipo del sistema de fondeo Autor: Marta Frade Manso Tutor: Daniel Dopico Dopico Emilio Sanjurjo Maroño Junio 2018 LIM

2 1. Índice Introducción. Desarrollo modelos, sistema medición, control y simulación. Resultados experimentales y conclusiones. LIM 2

3 1. Introducción Antecedentes: Diseño del sistema de fondeo basado en maquetas de madera a escala 1:50. Gran coste de mano de obra y poca fiabilidad. SIMULANCLA permite simular con gran detalle, fiabilidad y ahorro. Motivación: El programa no está validado y se necesita validación para uso comercial. Objetivo inicial: Validación del software SIMULANCLA. Objetivo logrado: Fabricación e instrumentación de la maqueta que permitirá la posterior validación del software SIMULANCLA. LIM 3

4 2. Diseño de los modelos Fase inicial Se parte de modelos proporcionados de un buque real. Rehacer y prepararlos para su fabricación. Partes del modelo que se crean: Casco: proa. Bancada motor. Cadena. Ancla. Soporte experimental (caja de madera). Cadena Ancla LIM 4

5 2. Diseño de los modelos Cambios Modelos finales LIM 5

6 3. Sistema medición y control Se puede dividir en tres partes: Adquisición de datos. Medición de la velocidad. Medición de la fuerza de tiro. Actuación. Algoritmo de control. LIM 6

7 3. Sistema medición y control Adquisición de datos Medición de la fuerza de tiro Sistema bastante rígido variaciones bastante rápidas de la fuerza frecuencia de muestreo también ha de ser alta. Para calcular frecuencia máxima muestreo se hacen diversas medidas con el Arduino con el programa usado en experimento. Se toma el valor máximo de la diferencia entre los tiempos sucesivos de las medidas. Frecuencia máxima muestreo 1400 Hz Frecuencia más alta contenida en la señal 700 Hz. Para asegurar esto se diseña filtro con frecuencia corte 700 Hz. LIM 7

8 3. Sistema medición y control - Amplificador Medición de la fuerza de tiro Resistencia en serie con el motor baja para no limitar potencia valor bajo de tensión. Resolución Arduino 10 bits (1024 valores) Necesario amplificar. Resistencia en serie con el motor. Bajo para no quitar potencia. No muy bajo para no tener que amplificar tanto. Potencia < 0,25 W. Peor caso I = 0,36 A. Con las anteriores consideraciones valor final 1 Ω. Amplificación aproximada de 10 veces. Amplificador de instrumentación. Menor que 5 voltios y aprovecha casi la totalidad del rango de medida del microcontrolador sin llegar en ningún caso a saturar. LIM 8

9 3. Sistema medición y control - Filtro Medición de la fuerza de tiro Filtro Sallen-Key Butterworth respuesta prácticamente plana desde 0 hasta la frecuencia de corte y desciende bruscamente para frecuencias por encima de las de corte. R= 488 Ω C = 330 nf LIM 9

10 3. Sistema medición y control Calibración experim. Medición de la fuerza de tiro Relación intensidad par Tres pesos: 65 g 101 g 123 g Velocidad 1 rad/s LIM 10

11 3. Sistema medición y control Actuación Empleo puente H permite aislar la parte de potencia de la de control. LIM 11

12 3. Sistema medición y control Actuación II Diodos LIM 12

13 3. Sistema medición y control Algoritmo control Algoritmo de control Arduino Control del experimento. Control mediante PWM (pulse-width modulation). Emula una señal analógica a partir de una señal digital. Ventaja adicional: transistores en saturación o en corte menos disipación energía. Velocidad giro Arduino PWM motor Velocidad giro deseada. Los datos enviados por el Arduino se recuperan en el PC con un script de Matlab para su posterior tratamiento. LIM 13

Segunda fase: visualización de la representación gráfica tridimensional del

14 4. Simulación del modelo SIMULANCLA: Dos fases: Primera fase: definir paso a paso cada uno de los aspectos del sistema a simular. Segunda fase: visualización de la representación gráfica tridimensional del proceso de maniobra. Para la primera fase preparación de los modelos + definición parámetros LIM 14

15 4. Simulación del modelo II LIM 15

16 4. Simulación del modelo III Segunda fase. Dos simulaciones LIM 16

17 4. Ensayo del modelo LIM 17

18 5. Resultados experimentales Primer experimento Dos experimentos, desde posición inicial, que se sitúa a una distancia de la punta de las uñas del ancla al 5 suelo de unos 165 mm, hasta la posición final, que se alcanza cuando el ancla queda estibada. Primer experimento, escobén con la tapa transparente. Fuerza (N) t (s) 2 Velocidad (rad/s) t (s) LIM 18

19 5. Resultados experimentales Segundo experimento Segundo experimento, escobén sin la tapa transparente. 5 4 Fuerza (N) t (s) 2 Velocidad (rad/s) t (s) LIM 19

20 5. Resultados experimentales Comparativa Experimento 1 Experimento 1 Experimento 2 Experimento Velocidad Fuerza (rad/s) (N) t (s) t (s) LIM 20

21 6. Conclusiones Los modelos de CAD fueron adaptados y modificados para permitir su impresión 3D. Se diseña el sistema de control y medida. Se preparó el sistema para medir y controlar la velocidad. Se preparó el sistema para medir la fuerza de tiro. Se diseñó el sistema de amplificación y filtrado. Se programó el Arduino para permitir el control del experimento. Se programó un script en Matlab que permite la adquisición de los datos enviados por el Arduino. Se diseñó el sistema de tiro para ejecutar la maniobra de fondeo. Se preparó la simulación de la maqueta. Por falta de tiempo, como se indicó en la introducción, y diversos errores encontrados con el programa sólo se consiguió la obtención de la posición inicial. Se llevaron a cabo los experimentos con la maqueta y se obtuvieron las gráficas que muestran los resultados. Todo ello creó un sistema que podrá ser utilizado para la posterior validación del software SIMULANCLA. LIM 21

22 Gracias por su atención LIM

Documentos relacionados

LIM. Modelado 3D del sistema de fondeo de un barco para la fabricación de maquetas y simulación dinámica con el software SIMULANCLA

LIM. Modelado 3D del sistema de fondeo de un barco para la fabricación de maquetas y simulación dinámica con el software SIMULANCLA Trabajo fin de Grado Modelado 3D del sistema de fondeo de un barco para la fabricación de maquetas y simulación dinámica con el software SIMULANCLA Autor: Diego Saya Carro Tutor: Daniel Dopico Dopico Ana