Aplicación del microcontrolador Ingeniería eléctrica PROYECTO “CONTROL PI DEL SISTEMA WARD-LEONARD” Objetivo general Implementar un control Proporcional Integral a un grupo motor-generador (Ward- Leonard), utilizando un control discreto para su simulación y una referencia de 1200 rpm y su posterior aplicación física mediante un microcontrolador µBOARDHC12GC32. Desarrollo Se presenta el siguiente modelado como formación del control PI que se empleará. Control analógico Se tiene el siguiente sistema: KTi.s+K Ti 1.13 0.1756s+1 Step Transfer Fcn Transfer Fcn1 Scope 3|Página
Aplicación del microcontrolador Ingeniería eléctrica Lo cual nos proporciona: Entonces se tiene la ecuación característica: ? ; Se propone un valor de zeta de 0.6: Para encontrar un valor de K de 0.66, se normaliza R(S) y se iguala a 10 el coeficiente de S, es decir: ? Se calcula el tiempo de establecimiento TS como sigue: ? Se observa que: 4|Página
Aplicación del microcontrolador Ingeniería eléctrica Finalmente se sustituyen los valores de K, Ti en la ecuación principal: La ecuación final de C(S)/R(S) se introduce en Simulink y nos muestra la grafica de comportamiento del sistema como sigue: 0.7458s+12.22 0.1756s2+1.7458s+12.22 Scope Step Transfer Fcn simout To Workspace 5|Página
Aplicación del microcontrolador Ingeniería eléctrica Figura 1: Gráfica de comportamiento del control analógico de la prueba de 1200 rpm Control digital Para el control digital se tiene el siguiente sistema: Donde: 6|Página
Aplicación del microcontrolador Ingeniería eléctrica Se divide en dos partes, una donde estará el control y otro en donde estará la planta ya discretizada, obteniéndose: Discretizando los elementos del tiempo continuo Obteniendo Kp y Ki Realizando el control PI Los resultados obtenidos se introducen en SIMULINK para observar la simulación del sistema, quedando de la siguiente manera: 0.5395z-0.4436 0.02z+0.106 Step z-1 z-0.889 Discrete Discrete Scope Step1 Transfer Fcn Step2 Transfer Fcn1 simout2 To Workspace Dando doble click en scope se puede observa lo siguiente 7|Página
Aplicación del microcontrolador Ingeniería eléctrica Figura 2: Gráfica de comportamiento del control digital con interrupciones de la prueba de 1200 rpm Y se puede apreciar que el sistema se estabiliza en la referencia sin importar las interrupciones que se presenten durante la ejecución del mismo. 8|Página
o Aplicación del microcontrolador Ingeniería eléctrica Descripción del microcontrolador µBOARD9S12GC de 52 pines a 25 MHz Las características del microcontrolador son las siguientes Microcontrolador MC9S12GC32 con 52 pines a 25 MHz Programación por puerto serie Voltaje de alimentación de 7 – 15 Vcd. Modo Monitor/Usuario 4 botones disponibles para usuario 6 leds 1 potenciómetro para pruebas de convertidor AD Pines para conexión RS232 externo Interface para Display LCD estándar Conector para Bocina 1 receptor de infrarrojos 7 puertos AD de expansión Tiempo de ciclo de instrucción de 40 nsec 25 millones de instrucciones x seg. Modos de direccionamiento flexibles, multibyte, post-incremento decremento, manipulación y control de lazos. Permite la depuración en tiempo real. Instrucciones de lógica difusa. Reprogramable en sitio. No requiere de voltaje adicional para programar la memoria. Puede operar con baterías. 9|Página
• • • • • • • • • • • Aplicación del microcontrolador Ingeniería eléctrica Protección de bloques de memoria contra lecturas y/o escrituras no permitidas. Hasta 100K ciclos de escritura. Elimina la necesidad de memorias seriales EEPROM Material y equipo utilizado 1 computadora Software LabView, Matlab, IDE codewarrior 1 microcontrolador (µBOARDHC12GC32) 1 Cable adaptador (USB-SERIAL) 1 fuente de voltaje de 130, 112 y 12 VCD 1 mosfet (IRF 640) 1 opto acoplador (4N28) Resistencias 10 k?, 220 ?, 560 ? Grupo Motor-Generador (Ward-Leonard) 1 tacómetro 1 osciloscopio Metodología 1. Se adquieren las curvas de comportamiento del grupo Motor-Generador a velocidad de 1200 con la tarjeta de adquisición de datos y LabView, ajustando el voltaje del grupo Motor-Generador para obtener dichas velocidades medidas con el tacómetro. 2. Se transforman los valores de velocidad de rpm a rad/seg, para posteriormente dividir entre el voltaje de referencia y obtener la constante K. 3. Se obtiene el modelo matemático del sistema continuo y discreto del grupo Motor-Generador a las distintas velocidades antes mencionadas con un control Proporcional- Integral (Anexo). 4. Se grafican los modelos matemáticos, tratando se igualar las graficas de comportamiento de estos modelos, a los modelos obtenidos con LabView. 5. Se obtienen los valores de las constantes kp y ki del control PI. 10 | P á g i n a
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