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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE ING. ELECTRÓNICA LABORATORIO DE CONTROL AUTOMÁTICO

ANTEPROYECTO

Grupo K Tema: Bola y barra

Equipo E

2011123456

Ruth Iveth

Campos Artavia

IE

2014013616

Jose Gabino

Venegas Rodríguez

IE

Prof. Ing. Luis Miguel Esquivel

San Carlos, 20 de febrero de 2018

1. Introducción El control automático de los sistemas permite generar una intervensión de manera que no sea necesaria la asistencia humana para que el sistema pueda funcionar correctamente, es el caso de aviones aeroespaciales o de aire[Design and Implementation of Ball and Beam System Using PID Controller] que resultan peligrosos ante pruebas de control de campo en posición vertical, estos pertenecen a un pequeño grupo de sistemas y problemas reales que muestran inestabilidad ante perturbaciones por lo que realizar un estudio de laboratorio posibilita el estudio de los parámetros mediante el modelado del sistema. Adicionando a lo anterior, en la industria se requieren de estabilizadores de instrumentos de medición o fabricación, para obtener los resultados esperados en máquinas de gran precisión en su proceso por lo que seguir una secuencia de automatización mejora la tecnología y funcionamiento del sistema ante una posible alteración en el funcionamiento propio y estable del sistema. El modelado de un sistema bola y barra es análogo a problemas reales como lo son el sistema de aterrizaje de un avión frente a la turbulencia del aire, un proyectil o una estación espacial. Como complemento a lo anterior este proyecto se ha realizado por otros estudiantes del TEC en el curso de laboratorio de control automático (Taller de señales y sistemas en el plan 809), con el objetivo de realizar un estudio del sistema sirviendo como modelado de los ejemplos antes mencionados. Se pueden encontrar videos en la página del profesor Eduardo Interiano y en el canal de Estudio Roble, en este último se muestra el control PID mediante la plataforma de Arduino.

Existen varios controles PID (Proporcional-Integral-Derivativo) de sistemas bola y viga (ball&beam) donde se hace uso de dispositivos programables como lo es Arduino (Roble Uno 2015) como controladores o PIC’s (controlador de interfaz periférico por sus siglas en inglés) como microcontroladores, almacenando el código de control correspondiente de la planta en una ROM (Bermúdez, 2012) Las tecnologías involucradas en este proyecto, son: Un sensor IR (infrarrojo), para determinar la posición de la bola /Sensor ultrasónico o sensor de proximidad. Un actuador servo, para realizar las correcciones para colocar la bola en la posición deseada. Controlador, para sensar y ejecutar el control del servo. Moriano & Naranjo (2012) en su proyecto: “Modelado y control de un nuevo sistema bola viga con levitación magnética” contemplan el uso de sensores de posición de la bola, corriente de la bobina, posición angular de la viga, así como una bobina de n vueltas. En la universidad de Cantabria, Oporto (2015), plantea el diseño de control para una planta Bola y Viga fabricada por el grupo AMIRA, la planta está formada por: un actuador, motor de corriente continua de campo magnético permanente con escobillas, cuatro sensores (Un encoder incremental para proporcionar la posición angular de la viga, una cámara para lectura de posición de la bola y dos finales de carrera que limitaran el giro de la viga), una viga fabricada en aluminio, que será la carga del motor, una correa reductora, una estructura donde se integran los anteriores elementos, está fabricada en aluminio y plexiglass. La estructura descrita anteriormente es la que se pretende diseñar, modelar y posteriormente controlar.

2. Descripción En la planta a controlar se establece la posición (distancia con respecto al sensor) en el que se desea colocar la bola. Luego el controlador se encarga de calcular la distancia de la bola (Xb) y la compara con la distancia de referencia para controlar el servo mediante la aplicación de voltaje (Vm). El sensor IR se encuentra realizando la medición de distancia de la bola en todo momento.

Figura 1: Diagrama de bloques de un sistema de control

La planta del sistema corresponderá al servo/ actuador, el ángulo teta corresponde al voltaje suministrado (Vm). La lectura de la distancia de referencia será representada como Rdc y la distancia final calculada será R. En este proyecto se utilizaría un PIC16F84, el cual posee un clock de 10MHz, que es suficiente para el muestreo del sistema en tiempo real. El sensor utilizado, será analógico para tener mayor fidelidad en el muestreo de la distancia de la bola, que determinará en un período corto de tiempo la distancia a la que se encuentra la bola.

Figura 2: Diagrama de bloques del sistema bola y barra Figura 3: Concepto del sistema bola y barra Algunas de las dimensiones e indicadores que se deben tomar en cuenta para el correcto control del sistema corresponde a los que se muestran en la tabla 1. Estos muestran cuál es el objetivo, la variable a controlar así como las

subdimensiones y parámetros del sistema al utilizar los distintos materiales u objetos físicos. Tabla 1. OBJETIVO GENERAL: IMPLEMENTAR UN CONTROL PID DIGITAL PARA UN SISTEMA DE BARRA EQUILIBRADA

3. Objetivos Objetivo general:

Implementar el control PID para la estabilización de un sistema barra y bola.

Objetivos específicos:

1. Obtener un modelo que describa adecuadamente el comportamiento del sistema bola-viga. 2. Diseñar el control digital del servomotor que regule las características inestables del sistema. 3. Desarrollar un programa en un PIC para compensar las perturbaciones del sistema.

4. Referencias

Bermudez, L.. (2012). DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN SISTEMA DE CONTROL BOLA Y VIGA USANDO LOGICA DIFUSA . Recuperado el 19/02/2018, de CORPORACION UNIVERSITARIA MINUTO DE DIOS Sitio web: http://repository.uniminuto.edu:8080/xmlui/bitstream/handle/10656/2377/TTE_BermudezVal enciaLuzMery_2012.pdf?sequence=1 B.Meenakshipriya,. K.Kalpana. Modelling and Control of Ball and Beam System using Coefficient Diagram Method (CDM) based PID controller. Recuperado el 18/02/18 de sitio web: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1474667016327203 Eduardo Interiano. Control automático. Recuperado el 18/02/18 de sitio web: http://www.ie.tec.ac.cr/einteriano/control/ Estudio Roble. Recuperado el 18/02/10 del canal https://www.youtube.com/channel/UCBpAZm4H3bBdtC9VZsaBnkA

de

youtube:

Oporto, M.. (2015). Diseño de control para una planta Bola y Viga. Recuperado el 18/02/2018, de UNIVERSIDAD DE CANTABRIA Sitio web: https://repositorio.unican.es/xmlui/bitstream/handle/10902/6366/374763.pdf?sequence=1 Petit, E. & Ramírez, O. . (2013). CONTROL PID DIGITAL PARA UN SISTEMA DE BARRA EQUILIBRADA. Recuperado el 19/02/2018, de UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA Sitio web: http://200.35.84.131/portal/bases/marc/texto/2201-13-06171.pdf P. Moriano, F. Naranjo (2012),Modelado y control de un nuevo sistema bola viga con levitación magnética. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial, 9 (3) pp. 249-258 Roble Uno. (2015). Control PID de Barra y Bola con Arduino. Recuperado el 20/02/2018, de Estudio Roble Sitio web: http://roble.uno/control-pid-barra-y-bola-arduino/