UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y

ELECTRNICA

Escuela Profesional de Ingeniera Electrnica

2015A

CURSO : Control Avanzado

Tema : Laboratorio N 2

IDENTIFICACIN DE PARMETROS DE UN

MOTOR DC USANDO TCNICAS NO PARAMTRICAS

PROFESOR : Ing. Benites

SEMESTRE : 2015A

Integrantes:

Tincopa Flores, Jean Pierre 080626 J

Identificacin de parmetros de un

Motor dc usando tcnicas no paramtricas

I. Objetivos

Implementar una tarjeta sensora y actuadora (driver) para la toma de datos de velocidad de un motor DC.

Aplicar tcnicas de identificacin no paramtrica para obtener los parmetros de un motor DC y el modelo lineal correspondiente.

II. Procedimientos

Implementar el circuito sensor de velocidad para el motor DC con encoder

ptico incorporado (servomotor).

El circuito est basado en el CI LM2907N. A partir de uno de los canales del encoder se

obtiene la velocidad absoluta a la que gira el motor, por medio de un circuito adicional

(decodificador de cuadratura: CD4013A). La salida del circuito sensor se obtiene por

medio del TL084.

Implementar el circuito actuador (driver), con el cual se arrancar el motor,

permitiendo as que el encoder ptico del motor pueda entregar informacin de

velocidad al circuito sensor de velocidad. El Q1 es un CI 4N25 (opto acoplador) y Q2 es

un transistor TIP 120, cuya salida por emisor activa al motor.

A continuacin se muestra una aplicacin tpica del LM 2907 como convertidor de frecuencia a voltaje:

La serie LM2907, LM2917 comprende convertidores de frecuencia a voltaje

monolticos con un Amplificador Operacional / Comparador de alta ganancia diseado para operar un rel, lmpara u otra carga cuando la frecuencia de entrada alcanza o

excede un intervalo. El tacmetro usa una tcnica de bomba de carga y ofrece conversin de frecuencia con un bajo rizado, proteccin de entrada total en dos versiones (LM2907-8, LM2917-8) y salida balanceada a tierra para una frecuencia de entrada cero.

Salida balanceda para una frecuencia de entrada cero

Fcil de usar: VOUT = fIN x VCC x R1 x C1

Una red RC proporciona la conversin de frecuencia Zener regulador en el chip permite exactitud y estabilidad en la frecuencia para

la conversin de voltaje a corriente (LM2917)

Eleccin de R1, C1 y C2 Existen algunas limitaciones en la eleccin de R1, C1 y C2 (figura 3) las cuales deberan

de considerarse para una realizacin ptima. C1 tambin proporciona una compensacin interna para la bomba de carga y deber de ser elegido mayor de 100pF. Valores ms pequeos pueden causar una corriente errnea en R1, especialmente a temperaturas bajas. Se deben seguir tres consideraciones para elegir R1. Primero, la salida de corriente en el pin 3 se fija internamente y por tanto V3max,

dividido por R1, debe de ser menor o igual a este valor, por tanto:

Dnde: V3max es la salida del voltaje de salida de mxima escala requerido. I3max est determinada de la hoja de datos (150mA) Segundo, si R1 es muy grande, sta puede llegar a ser una fraccin significativa de la impedancia de salida en el terminal 3 la cual degrada la linealidad.

Finalmente, el voltaje de rizo debe de ser considerado, y el tamao de C2 se ve

afectado por R1. Una expresin que describe el contenido de este rizado en el terminal 3 para una sencilla combinacin de R1 y C2 es:

C1 se selecciona de acuerdo con:

Finalmente para determinar C2 con el rizado mximo que puede aceptarse:

Diseo:

Se requiere un voltaje mximo de salida de 10 Volt, Vcc= 12 Volt, Fin mx= 1 KHz, Fmn = 10Hz, Vrizado = 0,05 Volt.

Clculo de R1: R1>V3max/I3min donde I3min= 0,00015 A (Del dataste) y V3max = 10 V R1>10/0,00015 A R1 > 66,66 K (Se selecciona R1 = 100 K, valor comercial) Clculo de C1: C1 = V3 max/(R1*Vcc*fmax) C1 = 10/(100K*12*1K) = 8,3 nF Clculo de I2: I2= fin*C1*Vcc I2= 1KHz*8,3nF*12V = 0,0996 mA Clculo de C2: C2=(Vcc/2)*(C1/Vripple)*(1-Vcc*fin*C1/R1) C2 = (12/2)*(8,3nF/0,05V)*(1-12*10Hz/100Kohm) =0,0000001 F

Control y Muestreo de datos mediante MATLAB

Haremos uso de la herramienta simulink de Matlab para realizar el control de velocidad y asi mismo graficar sus parmetros en tiempo real.

Nuestro programa de Simulink debe recibir el dato de nivel de voltaje a travs del

puerto serie, compararlo con una referencia que controlaremos nosotros con un slider en la propia interfaz grfica de Simulink, y, mediante un controlador PID,

determinar la seal de control (potencia al motor) necesaria. Despus debe enviarla a travs del puerto serie en formato uint8, unsigned integer de 8 bits, que toma valores entre 0 y 255, ideales para la funcin analogWrite() de Arduino. El diagrama de bloques simulink ser el siguiente:

Un dato a tener en cuenta es que la transmisin serie se hace en formato uint8, pero las operaciones se hacen en formato double, de ah los conversores. Las

ganancias son de valor 5/1024 para pasar la seal a voltios reales.

Datos obtenidos en el Matlab:

Para hacer la captura de los datos de forma mas ordenada pasaremos los parmetros

al espacio de trabajo mediante este programa de matlab:

Obtenemos la siguiente grfica:

Como vemos el control PID aun no esta optimizado para lo cual haremos uso de la herramienta IDENT de matlab, para poder acceder a ella escribimos ident en la lnea de comandos y obtenemos lo siguiente:

Procedemos a importar los parmetros ref_out y pid_out obtenidos desde nuestra

simulacin:

Observamos los datos ploteados en el dominio del tiempo:

Luego pre-procesamos los datos para estimar el modelo PID

Y obtenemos los parmetros PID:

Obtenemos entonces que Kp=1.0053, Ki=0.39299, Kd= 0.0009394

Colocamos los nuevos valores en el bloque del controlador PID:

Luego reiniciamos la simulacin con los nuevos parmetros obtenimiento la siguiente grafica:

Luego la pasamos a matlab para poder apreciarla mejor en el espacio de trabajo:

1. Conclusiones

El conversor de frecuencia a voltaje tiende a generar bastante ruido a altas frecuencias por lo cual se recomienda su uso especficamente a bajas RPM.

Para obtener un ptimo control de velocidad es necesario conocer al mximo las herramientas proporcionadas por MATLAB.

Al comparar los parmetros iniciales y finales observamos mayor precisin en el control de velocidad.