Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
1 
Informe Laboratorio N°1 de 
Contr...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
2 
Índice 
1. Portada. Pág. 1 
2. Ín...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
3 
Consideraciones Iniciales 
Los Se...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
Fuente de alimentación: Disposit ivo...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
Inercia / 
Carga fric. 
5 
Desarroll...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
Además se puede deducir que este t i...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
es +-, lo que impide al detector de ...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
Además, al t ratar de mover de maner...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
9 
c) Sistema de control en lazo cer...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
Al realizar un modelo de cont rol au...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
De igual manera, se puede observar c...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
12 
Conclusiones 
Los circuitos de l...
Academia Politécnica Naval 
Ingeniería en Sistemas Navales 
6to Artillería y Misiles 
13 
Bibliografía 
1.- KUO, Benjamín ...
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

Laboratorio servomecanismos rotatorios (Control Automático)

459 visualizaciones

Publicado el

Informe de laboratorio de control automatico de servomecanismos rotatorios con control de posición y velocidad.

Publicado en: Ingeniería
0 comentarios
0 recomendaciones
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

  • Sé el primero en recomendar esto

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
459
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
3
Acciones
Compartido
0
Descargas
0
Comentarios
0
Recomendaciones
0
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

Laboratorio servomecanismos rotatorios (Control Automático)

  1. 1. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles 1 Informe Laboratorio N°1 de Control Automático de SS. AA. “Construcción de un servomecanismo de posición y de velocidad” Nombre : Eduardo Carrasco Vidal Curso : 6to Art illería y Misiles. Año : 2014.
  2. 2. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles 2 Índice 1. Portada. Pág. 1 2. Índice. Pág. 2 3. Consideraciones iniciales. Pág. 3 y 4 4. Desarrollo. Pág. 5 a 11 5. Conclusiones. Pág. 12 6. Bibliografía. Pág. 13
  3. 3. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles 3 Consideraciones Iniciales Los Servomecanismos son sistemas que ut ilizan partes mecánicas y elect rónicas con el objeto de generar un movimiento, para éste caso en part icular un movimiento rotacional. Con el objeto de analizar el servomecanismo, se desarrollará una simulación en laboratorio con los siguientes elementos: Potenciómetro: Limita el paso de la corriente eléct rica, provocando una caída de tensión en ellos al igual que una resistencia, para este caso el valor de la tensión la podemos variar sólo con cambiar el valor de su resistencia1. Detector de Errores: Presenta un sistema referencial y mant iene un nivel de tensión constante. Preamplificador: Circuito elect rónico dedicado a aumentar la tensión de una señal eléct rica con el objet ivo de aumentar el tamaño de la misma. Amplificador de potencia: Es un amplificador de la diferencia de sus dos ent radas, con una alta ganancia, una impedancia de ent rada muy alta y una de salida muy baja; con esto puede generar corriente relat ivamente alta2. Motor de VDC: Es una máquina que convierte la energía eléct rica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio3. Inercia / carga de fricción: Es la resistencia al cambio de velocidad; en este caso es el elemento que se ve afectado por el movimiento rotacional t ransmit ido por el motor VDC, puede realizarse un ajuste en carga de fricción para producir roce4. Taco-Generador: Es un generador eléct rico que ent rega un voltaje de salida proporcional a la velocidad de giro, generalmente se encuentra integrado a los motores de corriente cont inua. 1 Tecnología, Área (S.F.) “Potenciómetro”, en línea en: http://www.areatecnologia.com/electronica/potenciometro.html 2 Unicrom (S.F.) “Amplificador Operacional, Características”, en línea en: http://www.unicrom.com/Tut_opamp.asp 3 KUO, Benjamín (1996) “Sistemas de Control Automático” Séptima Edición, Editorial Prentice Hall Hispanoamericana S.A., México. Pág. 171-175, Sección 4-6. 4 Ibíd. Pág. 140-143, Sección 4-3.
  4. 4. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles Fuente de alimentación: Disposit ivo que convierte la corriente alterna a una o varias corrientes cont inuas, que alimentan dist intos circuitos del aparato elect rónico5. Osciloscopio: Es un inst rumento de visualización elect rónico para la representación gráfica de señales eléct ricas que pueden variar en el t iempo6. Tester: Inst rumento eléct rico portát il para medir magnitudes eléct ricas act ivas como corrientes y potenciales o pasivas como resistencias y capacidades. Ut ilizando los componentes mencionados anteriormente, se analizará el comportamiento de los servomecanismos en base a los siguientes casos: 4 a) Sistema de cont rol en lazo abierto. b) Sistema de cont rol en lazo cerrado con cont rol de posición. c) Sistema de cont rol en lazo cerrado con cont rol de velocidad. d) Sistema de cont rol en lazo cerrado con cont rol de posición y velocidad. 5 Electrónica, Fácil (S.F.) “Fuentes de Alimentación”, en línea en: http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Fuentes -alimentacion.php 6 Ibíd. “Osciloscopio”, en línea en: http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Uso-del-osciloscopio.php
  5. 5. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles Inercia / Carga fric. 5 Desarrollo a) Sistemas de Control en lazo abierto: Primero se realiza el conexionado de un sistema de cont rol en lazo abierto, donde en primera instancia se alimenta el potenciómet ro con un voltaje de referencia de +- 10[v] directamente desde la fuente. Luego desde la salida del potenciómet ro se conecta al detector de errores, desde la salida del detector se conecta a un preamplificador y desde ese lugar se conecta a un amplificador de potencia que a su vez es alimentado con corriente cont inua de un voltaje de referencia de +- 15 [v]. Tras esto, la salida se conecta directamente con el motor eléct rico y una señal referencial de t ierra, para obtener el siguiente gráfico: Potencióm. Ampl ificador de potencia Motor eléctrico VDC Pre ampli ficador Detector de errores . +- 10 V Fuente de al imenta ción VAC/VDC +- 15 V En la prueba de este sistema, en el cual, el cambio de posición se cont rola en base al aumento del voltaje en el potenciómet ro que se t raduce en posición angular, se puede determinar que es difícil ejercer un cont rol y obtener mediante el ajuste, un grado o ángulo determinado.
  6. 6. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles Además se puede deducir que este t ipo const ituye un sistema de control en lazo abierto puesto que no puede sat isfacer requerimientos de desempeño crít ico, en este caso part icular cuando se aplica una carga no existe forma de prevenir o determinar una posición futura de la posición angular. La única forma de hacer que el sistema t rabaje de manera adecuada es tener un medio que permita ajustar la velocidad y la posición respecto al cambio que experimenta al variar el voltaje con el potenciómet ro7. De igual manera la velocidad angular se cont rola mediante el uso del potenciómet ro y depende de la cant idad de carga que se aplique. 6 b) Sistema de control en lazo cerrado con control de posición: En el siguiente caso se incorpora un segundo potenciómet ro ubicado en la carga de fricción, alimentado con +-10 [v], tomado directamente desde la fuente de alimentación y en su salida se conecta al detector de errores como lo muest ra el siguiente gráfico: Potencióm. Ampl ificador +- 15 V Al iniciar la simulación y darle poder, la tendencia de la posición angular es hacia abajo (ángulo 180°) esto se debe a que la polaridad de ambos potenciómet ros 7 KUO, Benjamín (1996), Óp. Cit. Pág. 8-9, Sección 1-1. de potencia Motor eléctrico VDC Pre ampli ficador Detector de errores . Inercia / Carga fric. +- 10 V Fuente de al imenta ción VAC/VDC Potencióm. +- 10 V
  7. 7. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles es +-, lo que impide al detector de errores determinar la posición adecuada, produciéndose el efecto de sumar el error. Con esto se conecta la polaridad +- en el primer potenciómet ro y -+ en el segundo potenciómet ro. Al efectuar este t ipo de conexión, el detector de errores toma como referencia la posición inicial 0°, hacia la derecha de esa posición el voltaje medido con tester y osciloscopio aumenta hasta llegar a los +10 [v], y hacia la izquierda de la posición de referencia el voltaje t iene signo negat ivo y aumenta hasta llegar a los -10 [v]. Durante este cambio de posición angular que se cont rola desde el primer potenciómet ro al aumentar o disminuir la resistencia, se producen oscilaciones cada vez que llega desde una posición a ot ra, lo que se puede determinar mediante los siguientes gráficos: El gráfico anterior explica el comportamiento del cambio de posición al variar el voltaje con el potenciómet ro, pues si bien, el movimiento se puede cont rolar de manera adecuada, la velocidad con que realiza este movimiento genera oscilaciones que lo hacen menos eficiente como lo muest ra el siguiente gráfico: 7 0 0 10 0 10 Dependiendo de la posición con el tester, cambia el voltaje a un máximo de 10[v]. Tras efectuar el cambio de polaridad, la referencia se cambia desde la referencia 180° a 0°.
  8. 8. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles Además, al t ratar de mover de manera manual el eje de inercia rotacional, el aumento de la potencia impide el giro del mismo; esto se puede homologar como la similitud ent re la fuerza que imprime el agua a las palas del sistema del servomotor, quien debe mantener el mismo ángulo de ataque, cont rarrestando el ejercido por el agua que t rata de llevarlo a la referencia (0°). Lo anterior demuest ra que “Lo que hace falta en un sistema de cont rol de lazo abierto para que sea más exacto y más adaptable, es una conexión o realimentación desde la salida hacia la ent rada del sistema; efect uando una comparación con la ent rada de referencia; luego, enviar una señal act uante proporcional a la diferencia de la ent rada y la salida, a t ravés del sistema para corregir el error”. (KUO, Benjamín, 1996, pág. 9)8. 8 8 Ibídem.
  9. 9. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles 9 c) Sistema de control en lazo cerrado con control de velocidad: Para el tercer caso, se ut iliza un taco-generador, este viene incluido en el motor eléct rico. Primero se debe desconectar el segundo potenciómet ro del detector de errores y conectar el taco generador al comparador, este permite cont rolar la aceleración angular, es decir, la velocidad con que cambia la posición de la aguja con el ajuste del primer potenciómet ro, si se grafica esto, se obt iene lo siguiente: La acción del taco-generador permite cont rolar la aceleración angular, pero sin la referencia que otorga el segundo potenciómet ro, el volante de inercia se mant iene en revoluciones contantes como lo muest ra el siguiente gráfico: La velocidad t iene un momento de aceleración en su inicio hasta que alcanza una velocidad constante, con esto se puede determinar que el volante de inercia se mant iene en rotación.
  10. 10. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles Al realizar un modelo de cont rol automático del caso anterior se puede graficar lo siguiente: 10 Potenciómetro Controlador Actuador Planta - Controlador : permite ejercer un cont rol, amplificadores. - Actuador : es el motor generador. - Planta : Volante de inercia y carga de fricción. - Comparador : Detector de errores. d) Sistema de control en lazo cerrado con control de posición y velocidad: Para este caso, se vuelve a conectar el segundo potenciómet ro al detector de errores objeto otorgar una referencia. Con ello se puede ejercer un cont rol en velocidad (taco-generador) y un cont rol en posición (segundo potenciómet ro), como lo muest ran los siguientes gráficos: Este gráfico muest ra el cont rol de la posición que permite ejercer el taco generador en conjunto con el segundo potenciómet ro previniendo las oscilaciones, generando un menor t iempo de asentamiento (Ts)9 que simboliza el t iempo requerido para que la respuesta al escalón disminuya y permanezca dent ro de un porcentaje específico de su valor final10. 9 Ts: Setting Time. 10 KUO, Benjamín (1996), Óp. Cit. Pág. 386, Sección 7-5. Tacogenerador
  11. 11. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles De igual manera, se puede observar cómo afecta el uso del taco-generador que genera un impulso inicial y una vez llegado a la posición deseada, la velocidad es práct icamente nula, previniendo las oscilaciones. 11 Si se realiza un modelamiento de cont rol automát ico, se grafica como sigue: Potenciómetro Controlador Actuador Planta Tacogenerador Potenciómetro En base a lo expuesto anteriormente, se puede determinar lo siguiente: Retroalimentación Resultado Potenciómetro Tacogenerador Sistema de control en lazo abierto. No No No existe control de posición ni de velocidad. Sistema de control en lazo cerrado con control de posición. Si No Existe un control de la posición pero no de la velocidad. Sistema de control en lazo cerrado con control de velocidad. No Si Existe un control de la velocidad pero no de la posición. Sistema de control en lazo cerrado con control de velocidad y posición. Si Si Existe un control adecuado de la velocidad y la posición.
  12. 12. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles 12 Conclusiones Los circuitos de lazo abierto, como en el primer caso, en la práct ica no permiten corregir errores ni ejercer un adecuado cont rol al sistema de servomecanismo rotatorio simulado, esto se debe a que la velocidad con que cambia la posición no puede ser cont rolada y no existe una posición de referencia además, siendo muy difícil mantener una posición determinada. Que al incluir un segundo potenciómet ro a la línea y ejercer un cambio de polaridades, permite tener una referencia adecuada y con ello cambiar de una posición a ot ra, pero este cambio se produce sin un cont rol de velocidad, por lo que al producirse una alteración, existen oscilaciones que hacen menos eficiente el sistema. Que al incluir el taco-generador al conexionado, éste cont rola la razón de cambio de la velocidad y con ello elimina las oscilaciones ent re cada cambio de posición angular. Que al ejercer fuerzas manuales al volante de inercia, simulando las que afectan a las palas del t imón en el sistema de gobierno de un buque, el servomecanismo ejerce un cont rol y le imprime fuerza al movimiento impidiéndole al agua t ratar de llevar la pala al eje de referencia (0°). Esto se consigue t ras un aumento en la potencia por la acción de los amplificadores. Que para que un sistema de cont rol automát ico sea más exacto, se debe contar con una realimentación desde la salida a la ent rada que permita ejercer una comparación y con ello enviar una señal actuante a t ravés del sistema para corregir el error.
  13. 13. Academia Politécnica Naval Ingeniería en Sistemas Navales 6to Artillería y Misiles 13 Bibliografía 1.- KUO, Benjamín (1996) “Sistemas de Control Automático” Séptima Edición, Editorial Prentice Hall Hispanoamericana S.A., México. 2.- Departamento de Física, Universidad de Sevilla (S.F.) “Control análogo de Servomecanismos”, en línea en: http://www.esi2.us.es/~fsalas/asignaturas/LCA3T_05_06/servo04v1.pdf [Consulta: 31 Oct, 2014]. 3.- Electrónica, Fácil (S.F.) “Fuentes de Alimentación”, en línea en: http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Fuentes-alimentacion.php [Consulta: 26 Oct, 2014]. 4.- Electrónica, Fácil (S.F.) “Osciloscopio”, en línea en: http://www.electronicafacil.net/tutoriales/Uso-del-osciloscopio.php [Consulta: 31 Oct, 2014]. 5.- Facultad de Ciencias exactas y naturales, Universidad de Antioquia (S.F.) “Tipos de control de lazo abierto y cerrado”, en línea en: http://fisica.udea.edu.co/~lab-gicm/ Instrumentacion/2014_Control_de_lazo_abiertos%20y%20cerrados.pdf [Consulta: 31 Oct, 2014]. 6.- Instrumatic, Instrumentación electrónica industrial (S.F.) “Tacogeneradores”, en línea en: http://instrumatic.com.co/Corporativo/Comercial/1ELECTRICOSVELOCIDADYCONTEO/19/TACOGENERA DORES.pdf [Consulta: 31 Oct, 2014]. 7.- Robots, Pasión por la robótica (S.F.) “Servos, Características básicas”, en línea en: http://robots-argentina. com.ar/MotorServo_basico.htm [Consulta: 31 Oct, 2014]. 8.- Tecnología, Área (S.F.) “Potenciómetro”, en línea en: http://www.areatecnologia.com/electronica/potenciometro.html [Consulta: 26 Oct, 2014]. 9.- Unicróm (S.F.) “Amplificador Operacional, Características”, en línea en: http://www.unicrom.com/Tut_opamp.asp [Consulta: 26 Oct, 2014].

×