preparatorio control motor dc

8/16/2019 Preparatorio control motor DC

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E SCIENTIA HOMINIS SALUS 1869-2015

LABORATORIO DE CONTROL DE MÁQUINAS

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL


Integrantes: Juan Diego Solís G. Fecha: 06 de Mayo 2015.

PREPARATORIO 03

1. TEMA:

CONSTRUCCION DEL CONVERSOR AC/DC, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DELCONTROLADOR PI Y EVALUACION DEL CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR DE

DC

2. OBJETIVOS

2.1.

Construir un conversor AC/DC para que funcione como actuador en el lazo de control develocidad del motor de corriente continua.

2.2. Implementar el controlador PI a usarse en el sistema de control de velocidad del motor decorriente continua.

2.3. Análisis del funcionamiento del control de velocidad del motor de corriente continua enrégimen dinámico.

3.

TRABAJO PREPARATORIO

3.1. Diseñar un convertidor estático de potencia alimentado desde la RED eléctrica quepermita alimentar el motor DC, tanto el circuito de potencia como el circuito de control,en el cual el voltaje a la salida del conversor varíe de acuerdo a una señal de control de 0a 5 V.


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' Juan Diego Solís G.$regfile = "m164pdef.dat"

$crystal = 8000000Config Portd.4 = Output 'salida PWM para control SCRsPortd.4 = 0Config Portd.2 = Input 'interrupcion de cruze por ceroPortd.2 = 1Ddra.0 = 0 'voltaje del tacogen de 0 a 5V al ad0Ddra.1 = 0Ddrc = 255 'Setpoint al adc1Dim Vadc As Word 'variable para guardar dato del ADCDim Vadc2 As Byte 'para guardar el dato del ADC en 1byteDim Alfa As Byte 'angulo de disoaro variara de 255 a 0On Int0 Cruze ' activo interrupcion int0"cruze por cero"'=============================================================================Dim Sensor As ByteSensor = 0

Config Single = Scientific , Digits = 3

D11N4007

D21N4007

D31N4007

D41N4007

VAC120Vrms

AMP=169V

FREQ=60Hz

R1

8k

6

5

4

1

2

U1

OPTOCOUPLER-NPN

R24.7K

+88.8

Volts

BT151

D61N4007

D91N4007

R3

100

R4

100

Zero

Crossing

1

2

6

4

U5

MOC3031M

D7

1N4007

Zero

Crossing

1

2

6

4

U6

MOC3031M

D8

1N4007

Q12N3904

Q22N3904

R5100

R6100

F

N

F

N

PC6/TOSC1/PCINT22 25

PC5/TDI/PCINT21 24

PC4/TDO/PCINT20 23

PC3/TMS/PCINT19 22

PC2/TCK/PCINT18 21

PC1/SDA/PCINT17 20

PC0/SCL/PCINT16 19

AVCC27

AREF29

PC7/TOSC2/PCINT23 26

PA6/ADC6/PCINT6 31

PA5/ADC5/PCINT5 32

PA4/ADC4/PCINT4 33

PA3/ADC3/PCINT3 34

PA2/ADC2/PCINT2 35

PA1/ADC1/PCINT1 36

PA0/ADC0/PCINT0 37

PA7/ADC7/PCINT7 30

PB6/MISO/PCINT142 PB5/MOSI/PCINT13

1 PB4/SS/OC0B/PCINT12

44 PB3/AIN1/OC0A/PCINT11

43 PB2/AIN0/INT2/PCINT10

42 PB1/T1/CLKO/PCINT9

41 PB0/XCK0/T0/PCINT8

40

PB7/SCK/PCINT153

PD6/ICP/OC2B/PCINT3015

PD5/OC1A/PCINT2914

PD4/OC1B/XCK1/PCINT2813

PD3/INT1/TXD1/PCINT2712

PD2/INT0/RXD1/PCINT2611

PD1/TXD0/PCINT2510

PD0/RXD0/PCINT249

PD7/OC2A/PCINT3116

RESET4

XTAL1 8

XTAL2 7

U2

ATMEGA164P

R8330

R9

330+

8 8 . 8

MOTOR DC

DC

Detector de Cruce por cCero

PWM para activar los SCR's

5V

D5LED-YELLOW

U1(C)

U2(AREF)

R5(1)R6(1)


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'=============================================================================Config Int0 = Rising 'configuramos flanco de subida por que el cruce porcero real esta antes del flanco de subidaEnable Int0

On Ovf1 Apagar ' activo inerrupcion de Overfload para apagar el timery volver a prenderlo en el cruce por ceroEnable Ovf1 'de esta manera logramos sincronizar la PWM con elcruce por cero.

Config Adc = Single , Prescaler = Auto 'configuramos el ADC para recibir senial del PIStart Adc

On Oc0a Muestreo ' habilito la interrupción para el tiempo demnuestreo.Enable Oc0a

Enable Interrupts'=============================================================================' para el tiempo de muestreo ts=20ms

Tccr0a = &B00000010 ' 010 modo CTC top


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Tccr1a = &B00110011Tccr1b = &B00011100 'con prescaler de 256 que nos da un periodo de8.2 ms aprox ( manual atemga164p )Ocr1b = AlfaReturn 'cargamos el valor de alfa en la salida de la pwm

ocr1b(portd.4)

Apagar:Tccr1b = &B00000000 'apgamos el timer para volver a prenderlo en elcruce por cero y de estaReturn 'manera que este sincronizado con la red

Muestreo:

Convertir = 1

Toggle Portc.6

Return'============================================================================='de los cálculos realizados, para encontrar una relación lineal entre el voltaje Tacog con el VDCTabla:Data 255 , 246 , 243 , 240 , 238 , 235 , 234 , 232 , 230 , 229 , 227 , 226 , 225 , 223 , 222 , 221 , 220 , 219 , 218 , 216 ,215 , 214 , 213 , 213Data 212 , 211 , 210 , 209 , 208 , 207 , 206 , 205 , 205 , 204 , 203 , 202 , 201 , 201 , 200 , 199 , 198 , 198 , 197 , 196 ,196 , 195 , 194 , 193Data 193 , 192 , 191 , 191 , 190 , 189 , 189 , 188 , 187 , 187 , 186 , 186 , 185 , 184 , 184 , 183 , 182 , 182 , 181 , 181 ,

180 , 179 , 179 , 178,Data 178 , 177 , 177 , 176 , 175 , 175 , 174 , 174 , 173 , 173 , 172 , 171 , 171 , 170 , 170 , 169 , 169 , 168 , 168 , 167 ,167 , 166 , 166 , 165Data 164 , 164 , 163 , 163 , 162 , 162 , 161 , 161 , 160 , 160 , 159 , 159 , 158 , 158 , 157 , 157 , 156 , 156 , 155 , 155 ,154 , 154 , 153 , 153Data 152 , 152 , 151 , 151 , 150 , 150 , 149 , 149 , 148 , 148 , 147 , 147 , 146 , 146 , 145 , 145 , 144 , 144 , 143 , 143 ,142 , 142 , 141 , 141Data 140 , 140 , 140 , 139 , 139 , 138 , 138 , 137 , 137 , 136 , 136 , 135 , 135 , 134 , 134 , 133 , 133 , 132 , 132 , 131 ,131 , 130 , 130 , 129Data 129 , 129 , 128 , 128 , 127 , 127 , 126 , 126 , 125 , 125 , 124 , 124 , 123 , 123 , 122 , 122 , 121 , 121 , 120 , 120 ,120 , 119 , 119 , 118Data 118 , 117 , 117 , 116 , 116 , 115 , 115 , 114 , 114 , 113 , 113 , 112 , 112 , 111 , 111 , 110 , 110 , 109 , 109 , 108 ,

108 , 107 , 107 , 106Data 106 , 105 , 105 , 105 , 104 , 104 , 103 , 103 , 102 , 102 , 101 , 101 , 100 , 100 , 099 , 098 , 098 , 097 , 097 , 096 ,096 , 095 , 095 , 094Data 094 , 093 , 093 , 092 , 092 , 091 , 091 , 090 , 090 , 089 , 089 , 088 , 088 , 087 , 086 , 086


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3.2.

Diseñar un controlador PI utilizando un microcontrolador para regular la velocidad delmotor de corriente continua a usarse en el laboratorio. Utilizar los datos de la prácticaanterior. (Función de Transferencia de la Planta y señales de realimentación).

Realimentación de velocidad

SIMULACIÓN COMO SUBSISTEMA

Subsistema con realimentación de velocidad.-

CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO (PID)

Se implementan con amplificadores operacionales.

Step1

Scope1Entrada

Velocidad

Posicion

DC Motor Subsystem

Step1

Scope1Entrada

Velocidad

Posicion

DC Motor Subsystem


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= + ∫ + Acción proporcional integral PI

= + ∫ = + = = +

Añade el integrador y un cero en = − La acción PI mejora el error en estado estable.

En el sisotool se pueden añadir el polo n cero y el cero en − Entonces, se va a diseñar un control PI para el “sistema motor DC”.

>> G2=tf([1000],[0.515 2.07])

G2 =

1000--------------0.515 s + 2.07

>> Gt=G1*G2*0.373

Gt =

373-----------------------------0.01453 s^2 + 1.387 s + 5.341

>> gpr=feedback(Gt,1)

gpr =

373-----------------------------0.01453 s^2 + 1.387 s + 378.3


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Compensado con el PI


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= = +

= 0.909( + 3)

= 3.03; = 0.909 = 0.3


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El tiempo de establecimiento es rápido. = 0.254 . Nota: Entonces en base a éstos resultados se selecciona un tiempo de muestreo de

= ,

lo que es generado con eltimer 0.

Las constantes

= . , = . se ingresan en elmicrocontrolador .El programa completo es el siguiente, incluye el programa para el conversor y el PI:

' Juan Diego Solís G.$regfile = "m164pdef.dat"$crystal = 8000000Config Portd.4 = Output 'salida PWM para control SCRsPortd.4 = 0

Config Portd.2 = Input 'interrupcion de cruze por ceroPortd.2 = 1Ddra.0 = 0 'voltaje del tacogen de 0 a 5V al ad0Ddra.1 = 0Ddrc = 255 'Setpoint al adc1

Dim Vadc As Word 'variable para guardar dato del ADCDim Vadc2 As Byte 'para guardar el dato del ADC en 1byteDim Alfa As Byte 'angulo de disoaro variara de 255 a 0On Int0 Cruze ' activo interrupcion int0"cruze por cero"

'=============================================================================Dim Error_k As SingleDim Error_k_1 As SingleDim Vout As WordDim Integral As SingleDim Proporcional As SingleDim Derivativo As SingleDim Control As IntegerDim Control1 As IntegerDim Kp As SingleDim Ki As Single

'Dim Kd As SingleDim Error_der As SingleDim Error_int As SingleDim Set_vol As SingleDim Set_point As IntegerDim Convertir As ByteDim V_vol As Single


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Dim Sensor As ByteSensor = 0Convertir = 0Set_point = 0

Kp = 0.909 '3Ki = 0.3 '0.003

'=========================

Config Single = Scientific , Digits = 3

'=============================================================================Config Int0 = Rising 'configuramos flanco de subida por que el cruce porcero real esta antes del flanco de subidaEnable Int0

On Ovf1 Apagar ' activo inerrupcion de Overfload para apagar el timery volver a prenderlo en el cruce por ceroEnable Ovf1 'de esta manera logramos sincronizar la PWM con elcruce por cero.

Config Adc = Single , Prescaler = Auto 'configuramos el ADC para recibir senial del PIStart Adc

On Oc0a Muestreo ' habilito la interrupción para el tiempo de

mnuestreo.Enable Oc0a

Enable Interrupts'=============================================================================

' para el tiempo de muestreo ts=20ms

Tccr0a = &B00000010 ' 010 modo CTC top


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Sensor = Vadc 'acondicionamos ADC a 8 bitsVadc = Getadc(1) ' adquisic del setpointVadc = Vadc / 4Set_point = Vadc

'=============================================================================If Convertir = 1 Then

Error_k = Set_point - SensorProporcional = Kp * Error_kError_der = Error_k - Error_k_1'Derivativo = Kd * Error_derError_int = Error_int + Error_kIntegral = Ki * Error_int'Control = Integral + DerivativoControl = Integral + ProporcionalIf Control >= 255 Then Control = 255If Control


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Return 'manera que este sincronizado con la red

Muestreo:Convertir = 1Toggle Portc.6

Return'=============================================================================''de los cálculos realizados, para encontrar una relación lineal entre el voltaje Tacog con el VDC

Tabla:Data 255 , 246 , 243 , 240 , 238 , 235 , 234 , 232 , 230 , 229 , 227 , 226 , 225 , 223 , 222 , 221 , 220 , 219 , 218 , 216 ,215 , 214 , 213 , 213Data 212 , 211 , 210 , 209 , 208 , 207 , 206 , 205 , 205 , 204 , 203 , 202 , 201 , 201 , 200 , 199 , 198 , 198 , 197 , 196 ,196 , 195 , 194 , 193Data 193 , 192 , 191 , 191 , 190 , 189 , 189 , 188 , 187 , 187 , 186 , 186 , 185 , 184 , 184 , 183 , 182 , 182 , 181 , 181 ,180 , 179 , 179 , 178,Data 178 , 177 , 177 , 176 , 175 , 175 , 174 , 174 , 173 , 173 , 172 , 171 , 171 , 170 , 170 , 169 , 169 , 168 , 168 , 167 ,

167 , 166 , 166 , 165Data 164 , 164 , 163 , 163 , 162 , 162 , 161 , 161 , 160 , 160 , 159 , 159 , 158 , 158 , 157 , 157 , 156 , 156 , 155 , 155 ,154 , 154 , 153 , 153Data 152 , 152 , 151 , 151 , 150 , 150 , 149 , 149 , 148 , 148 , 147 , 147 , 146 , 146 , 145 , 145 , 144 , 144 , 143 , 143 ,142 , 142 , 141 , 141Data 140 , 140 , 140 , 139 , 139 , 138 , 138 , 137 , 137 , 136 , 136 , 135 , 135 , 134 , 134 , 133 , 133 , 132 , 132 , 131 ,131 , 130 , 130 , 129Data 129 , 129 , 128 , 128 , 127 , 127 , 126 , 126 , 125 , 125 , 124 , 124 , 123 , 123 , 122 , 122 , 121 , 121 , 120 , 120 ,120 , 119 , 119 , 118Data 118 , 117 , 117 , 116 , 116 , 115 , 115 , 114 , 114 , 113 , 113 , 112 , 112 , 111 , 111 , 110 , 110 , 109 , 109 , 108 ,108 , 107 , 107 , 106Data 106 , 105 , 105 , 105 , 104 , 104 , 103 , 103 , 102 , 102 , 101 , 101 , 100 , 100 , 099 , 098 , 098 , 097 , 097 , 096 ,

096 , 095 , 095 , 094Data 094 , 093 , 093 , 092 , 092 , 091 , 091 , 090 , 090 , 089 , 089 , 088 , 088 , 087 , 086 , 086


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3.3.

Presentar el diagrama eléctrico completo (Potencia y Control) para comandar el motoren lazo cerrado.

4. EQUIPO Y MATERIALES

Grupo Motor-Generador de DC.Osciloscopio con retención de memoria.Taco-generador DC.Tacómetro

5. PROCEDIMIENTO

5.1.

Implementar y comprobar el correcto funcionamiento del convertidor AC/DC.5.2.

Comprobar el funcionamiento del controlador PI.

5.3.

Incorporar los circuitos diseñados anteriormente para cerrar el lazo de control de velocidady comprobar su funcionamiento.

5.4. Con el control en lazo cerrado:- Manteniendo la carga constante a un valor determinado y con la velocidad a un valor bajo

el nominal, incremente bruscamente el set-point de velocidad a la velocidad nominal ytome los resultados correspondientes.


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-

Trabajando a velocidad nominal disminuya la velocidad bruscamente. Anote los resultadoscorrespondientes.

-

Manteniendo el set-point de velocidad en un valor constante, aumente súbitamente lacarga y tome los resultados correspondientes.

- Manteniendo el set-point de velocidad en un valor constante, disminuya súbitamente la

carga y tome los resultados correspondientes.5.5. Tomar formas de onda de la velocidad en función del tiempo en lazo abierto para cambiosde set-point de velocidad y cambios de la carga tal como en los numerales anteriores.

6. BIBLIOGRAFÍA

- Burbano, Patricio. “Apuntes de Control Automático” EPN 2014. - “Apuntes de Control con Sistemas Microprocesados”. EPN 2014- Filtros activos de primer orden.- Rodas, Ana. “Apuntes de Instrumentación Electrónica” EPN 2014.

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