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El curso control de motores DC con DAQ USB 6009, ha sido pensado en cubrir el estudio del motor EMG30, llevando a cabo el modelo identificado para el control de la velocidad mediante técnica… Full description
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ISCA & Electronics Investigaci´ on en Sistemas de Control Avanzado y Electr´onica on
Control de Motores DC con DAQ USB 6009
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CONTROL DE MOTORES DC CON DAQ USB 600 ´ PRESENTACI ON
El control de motores DC y sus diversas aplicaciones son una excelente manera de pro la investigaci´on on cient´ cient´ıfica y atraer a traer a los estudiantes al ´area area tecnol´ ogica ogica de la ingenier´ ingenier´ıa trol. Para llevar a cabo tareas de control del motor EMG30, es importante describir el m matem´ atico y sus simulaciones realizadas mediante software de simulaci´on, atico on, programas de con diversas prestaciones y aplicaciones en diversas disciplinas nos estamos refiriendo a Lab y MATLAB. La motivaci´on on para modelar y simular el motor EMG30 es el hecho su populari el ´ambito ambi to de d e la rob´ rob ´otica oti ca m´ m ovil, o´vil, siendo siendo un motor de 12V de ba jo coste y equipado con codific y una caja de engranajes de reducci´on on 30:1. Otra apasionante disciplina es el control de ser aplicaciones de rob´otica, otica, es el caso del servo Hitec HS422, posee dimensiones est´andar pe una mayor potencia gracias al cojinete de salida met´alico alico que trasfiere toda la potencia al salida con precisi´on on y suavidad. El servo HS422 se destaca por sus excelentes caracter´ centrado y resoluci´on. on. Tienen una alta prestaci´on on mec´anica anica y electr´onica onica que hacen que s servos m´as as utilizados en el montaje de robots. ISCA & Electronics presenta el curso Control de Motores DC con DAQ DAQ USB 6009, el curso curso es 100 % pr´ actico, actico, se ense˜na na a configurar la tarjeta de adquisici´on on de datos en operaciones de E/S anal´ogicas. ogicas. Se desarrolla la adquisici´on on de datos para la obtenci´on on de la curva de velocidad del motor, se identifica el modelo din´amico amico del motor y dise˜na na el controlador PID digital, todo esto es, llevados a cabo mediante la programaci´ on grafica de LabVIEW y sus aplicaciones de tiemon po real, en donde el motor y su electr´onica onica (PWM, driver de potencia, potencia, convert convertidor idor F/V) interact´ uan uan con la tarjeta de adquisici´on on de datos para llevar a cabo el control de la velocidad. En forma similar se realiza el estudio del control Sign up to vote on this title del servo est´andar a ndar (0 a 180 ), se adquieren datos mediante Useful Not useful un cuarto pin (acondicionado al servo) que mide la posici´on on angular, posteriormente se obtiene el modelo mediante la ◦
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M´ odulo odulo Motor DC.
OBJETIVOS El participante al terminar el curso estar´a en la capacidad de:
Implem Impl emen enta tarr algo algori ritm tmos os basa basado doss en programaci´on grafica para tareas de model modelam amie ient ntoo disc discre reto to,, iden identi tific ficac aci´ i´ on on param´ param´etrica etrica (motor DC, servomotor) servomotor) y realizaci´on o n del del cont control rolad ador or PID PID digi digital tal en tareas de tiempo real usando la DAQ USB-6008/6009 de National Instruments.
Configurar rar Configu
adecua adecuadam damen ente te la tarjeta tarjeta de adquisici´ on o n de datos, an´alizar alizar el sistema de control a lazo abierto, complementando su aprendizaje con el estudio de las tarjetas electr´onicas, onicas, modulador por ancho de pulso (PWM), driver de potencia y el convertidor frecuencia a voltaje.
M´ odulo odulo DAQ USB 6009.
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Semana 1. Algoritmos de Soluciones Num´ ericas ericas
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Semana 2. Modelo del Motor DC
Parte I •
Modelo Matem´atico atico
•
Soluci´on on Num´erica erica a una un a Entrada E ntrada STEP
•
Soluci´on on Num´erica erica con MathScript - Toolkits de Control
Parte II •
Algoritmo de Regresi´on on Lineal
•
Obtenci´on on de la Curva de Velocidad
•
Control de Velocidad a Lazo Abierto
Semana 3. Control de Velocidad Motor DC
Parte I •
Lectura de Data Experimental
•
Identificaci´on on Param´ Par am´etri et rica ca
•
Dise˜ no del Controlador PID Digital no
Parte II •
Adquiriendo Datos y Curva de la Velocidad
•
Identificaci´on on del Modelo Motor DC
•
Control de Velocidad en Tiempo Real
Semana 4. Control Control de Posici´ on on del Servo
Parte I •
Caracter Caract er´´ısticas ıstica s del d el Servo An´alogo alogo Est´ andar andar
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˜ ENSENANZA PERSONALIZADA
ISCA ISCA & Elec Electr tron onic icss brin brinda da una una ense˜ nanza personalizada, cada parnanza ticipante ticipante contara contara con una estaci´ estaci´ on on para realizar las pr´acticas acticas de simulaci´ on y experimentos en forma inon dividual, de ese modo se garantiza un mejor aprendizaje. aprendizaje.
El
cupo que ofertamos es un m´aximo aximo de 6 participantes.
Los instructores en ISCA son profesores-investigadores de amplia experiencia en el dicta cursos de control avanzado, rob´otica, otica, inteligen inteligencia cia artificial, artificial, sistemas sistemas embebidos embebidos y procesa digital de se˜ nales. nales.
FORMA TU GRUPO
ISCA & Electronics pone a tu disposici´on on una opci´on on de ense˜ nanza nanza personalizada, personalizada, solo conformes un grupo de un m´ınimo de TRES participantes deuplatouniversidad, institutos ou Sign vote on this title nuevos, nos escribes, coordinamos los horarios y listo!.Nuestros horarios frecuentes son Useful Not useful fines de semana (s´abado abado y domingo), domingo), sin embargo, embargo, podemos dictar en d´ıas de seman coordinaci´on on con el profesor del curso. O si lo prefieres en forma individual!
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´ DE ANTECEDENTES SECCION
En este enunciado se modela al sistema servo (sistema de posicionamiento). Un ejemplo d tipo de sistema es el seguimiento de la antena. En este sistema se utiliza un motor el´ectric ectric rotar el radar de la antena antena que hace un seguimien seguimiento to de una aeronave aeronave en forma autom´ se˜ nal nal de error es proporcional a la diferencia diferencia entre la direcci´ direcci´ on on del d el punto pu nto de la antena a ntena y la visi´on on de la aeronave que es amplificada y conducida por el motor en forma apropiada. Un s motor es mostrado en la Figura 1. El motor es controlado por armadura manteniendo el fl campo constante. Se denota a la inductancia de armadura L a y resistencia R a . Asumirem la inductancia inductancia L L a puede ser ignorada, que es el caso de muchos sistema servomotor.
Figura 1: Sistema servomotor. La fuerza contraelectromotriz e contraelectromotriz e m (t) es dada por.
dθ dt Donde θ (t) es la posici´on on del eje, ω (t) es la velocidad angular del eje, y K b es una con de motor dependiente dependiente (constante (constante contraelectro contraelectromotriz) motriz).. El momento momento total de inercia inercia conec eje del motor es J y J y la fricci´on on viscosa B . Considerando Considerando τ τ ((t) que sea el desarrollo de par Sign up to vote on this title motor, escribimos. em (t) = K b ω(t) = K b
d2 θ dθ τ ( τ (t) = J 2 + B dt dt
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� x˙ (t) � 1
x˙ 2 (t)
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=
y (t) =
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0 � � 0 1 x (t) 0 BR + K + K K + K e(t) x (t) JR JR � � � 1 0 � x (t) 1
−
a
T T
T T
b
2
a
a
1
x2 (t)
Asumiremos los par´ametros ametros proporcionados por la Tabla. Par´ ametros ametros del Motor DC La Inductancia de armadura H Ra Resistencia de armadura Ω J Inercia de motor Kg-m2 B Fricci´on viscosa Nm/rad/seg K T Constante de motor Nm/A T K b Cons Consta tant ntee contra contrael elec ectro tromo motri trizz V/ V/rad rad/s /seg eg n Coeficiente de reducci´on e Tensi´on nominal V
3.4 × 10 7.101 0.00567 0.000931 0.509 0.509 30 12
−
3
Implemente una funci´on on generador de pulsos que permita seleccionar la se˜nal nal r(t) = Esta ultima u ´ ltima funci´on on debe considerar: 1
[t,r] [t,r] = escala(t escala(ti,h,t i,h,tfin,t fin,t0,e); 0,e);
Las especificaciones generales de la funci´on on “escala.m” se lista debajo. 1 2 3 4 5 6 7
>> help help esca escala la Parametros ti tiempo inicial en segundos tfin tfin tiem tiempo po fina final l en en seg segun undo dos s h tiempo de paso en segundos t0 tiempo de retardo en segundos ´ e tension o n nomi nomina nal l en volt voltio ios s
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Simule la respuesta del sistema de velocidad angular del eje (ver Figura 2). Ingrese los par´
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´ DE EXPERIMENTOS SECCION
El m´odulo odulo de simulaci´on on de LabVIEW es un diagrama de bloques basado en un ambient simular sistemas din´amicos amicos lineales y no lineales en tiempo continuo y en tiempo discreto. E muchos algoritmos de simulaci´on on (es decir, los m´etodos etodos num´ ericos ericos para resolver las ecua diferenciales) que est´an an disponibles en el m´odulo, odulo, por ejemplo los lo s m´etodos etodos de Runge-Ku modelo matem´ atico a ser simulado debe ser representado en un bucle de simulaci´on, atico o n, muchos sentidos es similar al bucle While en LabVIEW. Se puede correr la simulaci´ simulaci´ on on tan como la computadora lo permita, o podemos hacerlo correr con un eje la adaptaci´on on de un tiempo, por lo tanto, simular simular el comportamient comportamiento o de tiempo real, de modo mo do que exista la posi de interactuar con el proceso simulado. El bucle de simulaci´on puede correr en paralelo bucles While dentro de los mismos VI. Funciones de la Paleta de Control
Una vez que el m´odulo odulo de simulaci´on on es instalado, la paleta de simulaci´on on est´a disponible la Contro on es mostrada en Figura on Control l Design Design & Simulations. La paleta de simulaci´
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Figura 3: Paleta de funciones.
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Figura 4: Paleta de funciones principales del Toolkit de Simulaci´on. on.
Simulation Loop
up to vote on athis title El lazo de simulaci´on on tiene la apariencia mostrada en laSign Figura 5. Est´ definido por el la es rodeado por bordes en color negro y dentro de lazo son ubicadas de simu Notfunciones useful Useful las Adem´as as presenta a los costados dos ventanas peque˜nas nas que son para configuraci´on on del laz
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Figura 6: Paleta de configuraci´on on de par´ ametros ametros internos.
Simulaci´ on on
Implementaremos el VI para el control de la velocidad del motor DC en lazo abierto u el Toolkit de Control y Toolkit de Simulaci´on (ver Figura 7). Podemos observar que de simulaci´ simulaci´ on on presenta presenta varios elementos elementos de configuraci´ configuraci´ on, on, desde el m´etodo etodo matem´ atic atic ecuaciones diferenciales ordinarias, periodo de muestreo y tiempo de simulaci´on. on. Comple el esquema con el proceso (modelo) que est´a construido por los Toolkit de Control sie gran ayuda ya que permite a usuario ingresar una tabla de par´ametros ametros y pueden ser ejec directamente por el lazo de simulaci´on. on. Sign up to vote on this title
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REFER
Se ha capturado una DATA que luego puede ser procesada desde MATLAB mediante el de c´odigo odigo adjunto. La siguiente Figura 8 representa la respuesta del sistema de control de una entrada escal´on on unitario de amplitud 12V y tiempo de simulaci´on on de 2 segundos. segund os. observamos la amplitud de la velocidad angular en el eje de valor 22. 22 .5 rad/seg. 25
20
15
/s]] [rad [rad/s
ω
10
5
0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
t[seg]
Figura 8: Respuesta del sistema a lazo abierto.
Referencias
[1] Charles Charles L. Phillips, Phillips, H. Troy Nagle. “Digital Nagle. “Digital Control System Analysis and Design”. Design” . P Hall, Englewood Cliffs, New Jersey 07632, 1995.
[2] M. Sam Fadali. adali. “Digital “Digital Control Engineering: Analysis and Design”. Design”. Academic Pres imprint of Elsevier, 2009. [3] MathWorks. MathWorks. “Control “Control System Toolbox Getting Started Guide”. Guide”. The MathWorks, Inc, Sign up to vote on this title
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REFER
INSTRUCTOR Ricardo Ricar do Ro Rodr dr´ ´ıgue ıguez z Busti B ustinza nza
Ingeniero Ingeniero Electr´ Electr´ onico en la Universidad Ricardo Palma URP onico URP.. Mae en Ciencias con menci´on on en Autom´ A utom´atica atica e Instrume In strumentaci´ ntaci´on on en la Uni sidad Nacional Nacion al de Ingenier Ingeni er´´ıa UNI UNI.. Coordinador de Proyectos en IS & Electronics ISCA, ISCA, en el ´area area de la ingenier ingenier´´ıa de control control cubrie esencialmente aspectos relacionado al control con sistemas embebi dirigido a la investigaci´on on cient cient´ıfica y control control por PLC dirigido dirigido tor industrial. Investigador calificado en CONCYTEC DINA CONCYTEC DINA.. Profes investigador en las areas de control avanzado, inteligencia artificia rob´ otica. otica. Profesor de Pregrado en la Escuela Escuela Profesional Profesional de Ingeni Mecatr´ onica FIM onica FIM UNI. UNI. Profesor de Posgrado en Automatizaci´on on y C trol FIEE UNAC. UNAC. Miembro del Institute of Electrical and Electron Engineers IEEE Engineers IEEE..
E-mail:
[email protected] E-mail:
[email protected]
NUESTRAS INSTALACIONES ISCA & Electronics
Investigaci´on on en Sistemas de Control Avanzado y Electr´onica onica an an 262 Piso 3 San Borja (ver Borja (ver Mapa) ⇐ Calle Mario Flori´
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NUESTROS CURSOS ⋄
National Instruments Tarjeta Adquisici´ on de Datos USB-6009 on
⋄
•
Control Digital
•
Control Difuso
•
Control de Motores DC
Plataforma Prototipo Open-Source Tarjeta Arduino UNO R3
⋄
•
Control Contr ol Cl´ asico con Simuli asico Simulink nk
•
Control Lineal con MATLAB
•
Control Digital con LabVIEW
Texas Instruments Tiva-C TM4C123GXL - MSP430G2
⋄
•
Programando LaunchPad Tiva-C
•
Programando LaunchPad MSP430G2
Microchip Tarjeta dsPIC33ep–dsPIC30F4 dsPIC33ep–dsPIC30F4011 011
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