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Universidad Técnica del Norte

Ingeniería en Mecatrónica Diseño Mecatrónico

Laboratorio 4 – DISEÑO MECATRÓNICO USANDO NI myRIO

Author: Castro Fausto. Madera Fernando. Morales Lili. Ortega Fausto. Noviembre, 2018

1. Objetivo Experimentar softwares y herramientas mecatrónicas para controla r un dispositivo.

1.1. Objetivos Específicos 1. Implementar en el algoritmo el cambio de giro en el motor DC con el puente H. 2. Explicar cómo controlar la velocidad del motor. 3. Aplicar LabVIEW Encoder Express VI para medir la posición y la velocidad del eje del motor.

2. Introducción Al final de la sesión de laboratorio, los estudiantes tendrán el conocimiento de la definición y los elementos del sistema mecatrónico, aplicarán los principios de mecatrónica y automatización para el desarrollo de sistemas, como aplicaciones de la mecatrónica en la automatización. En este proyecto, los estudiantes aprenderán el principio de funcionamiento del motor de corriente continua, completarán el circuito de operación y protección, y usarán myRIO y LabVIEW para controlar la velocidad de giro, el movimiento de rotación o de grados y sentido de giro. Los estudiantes completarán actividades que demuestren la operación del motor DC y la teoría de la interfaz, para que puedan aplicar a futuros proyectos integrados utilizando este componente.

3. Experimentación Para iniciar la práctica de la práctica de igual manera se procede con la conexión y configuración de la NI myRIO, el puente H y el motor de acuerdo al diagrama de conexión:

Fig. 1. NI myRIO.

Fig. 2. Puente H y motor DC.

Fig. 3. Circuito de demostración para puente H y motor DC: diagrama esquemático y conexión a NI myRIO MXPN - Conectores A y B.

Fig. 4. Armado del circuito de demostración para puente H y motor DC.

Fig. 5. Implementación del algoritmo.

Posteriormente a la implementación del algoritmo y luego de comprobar el funcionamiento del motor se procede a cumplir con el resto de los requisitos del laboratorio: • Determine el número de conteos d e l codificador d e l eje para una revolución de la salida del eje de la caja de cambios (pista: necesita conocer la razón de la caja de cambios y el número de conteo de codificador para una revolución del sensor magnético), luego agregue código al diagrama de bloques para desplegar el ángulo del eje de salida en grados. • Agregue un despliegue para mostrar RPS (revoluciones por segundo) del eje de salida de la caja de cambios. • En el diagrama de bloques agregue un control PID (proporcional/integral/derivativo) para implementar un sistema de control de lazo cerrado.

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INVERSIÓN DE GIRO

Fig. 6. Diagrama de bloques y diagrama de bloques del control de posición del motor DC con el puente H. FUNCIONAMIENTO: Se pulsa el A/DIO0(Pin1) y la frecuencia ingresa en el PWM entra el gauge por el cual se indica el sentido de giro positivo o negativo. Para cambiar el giro se gira la aguja hacia el lado negativo o en viceversa.

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CONTROL DE POSICIÓN:

Fig. 7. Diagrama de bloques del control de posición del motor DC con el puente H.

FUNCIONAMIENTO: Se ingresa los grados y para convertirlos a rpm se divide para 2,45 que resulta del dato, calculando 12x19 (12 es el número de datos por vuelta del encoder y la relación del motor reductor es 19 a 1). Luego, si el valor es igual a el número de vueltas Counter Value se utiliza este dato en una compuerta or, cuando sean verdaderas junto con el Reset Counter, entonces, el contador se resetea. Además, se compara con el dato obtenido del Case Structure que cuando es True se para (permitiendo que el motor se pare cuando se cumpla la función de haber ingresado el número de ángulos a girar), en el caso de False se pone en el Duty Cicle= 0,5 y Frequency(Hz)= 1000 (éstos datos fueron sacados de la opción Labview Help)

Fig. 8. Información sobre el PWM Express VI del Labview Help.

Fig. 9. Configuración del PWM Express VI.

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CONTROL DE VELOCIDAD:

Fig. 10. Diagrama de bloques del control de velocidad del motor DC con el puente H.

FUNCIONAMIENTO: Se ingresa el valor de RPM y Ciclo Duty. Las RPM se multiplican por 0.3, el cual se indica en el ciclo duty que se divide para 100 e ingrsa al Duty Cicle del PWM, además, en el PWM se ingresa una frecuencia de 1000Hz, como lo recomienda el labview Help. Al presionar el Reset Counter el Counter Value se divide para 12 y posteriormente para 19 (12 es el número de datos por vuelta del encoder y la relación del motor reductor es 19 a 1), dato que se muestra en Counter Value. Además, se pulsa el A/DIO0(Pin1) y la frecuencia ingresa en el PWM entra el gauge por el cual se indica el sentido de giro positivo o negativo. Para cambiar el giro se gira la aguja hacia el lado negativo o en viceversa

4. Resultados

Fig. 11. Panel frontal del algoritmo inicial.

Fig. 12. Panel frontal del control de velocidad.

Fig. 13. Panel frontal del Control de Posición.

5. Conclusiones y Recomendaciones 5.1. Conclusiones • La plataforma NI LabVIEW es una herramienta sencilla e intuitiva, la cual permite llevar a cabo la integración con otras plataformas e instrumentación, en este caso, el control de rotación del motor DC. A raíz de esto, se logró desarrollar el código respectivo que permitió cumplir con lo solicitado en la práctica obteniendo el resultado deseado. • El resultado obtenido fue satisfactorio, esto debido principalmente a la buena compatibilidad entre el software, puente H y motor DC. • La simulación por medio de un ambiente virtual presenta una gran ventaja al permitir identificar debilidades que pudieran suceder antes de pensar en correr la simulación. 5.2. Recomendaciones • Utilizar los elementos correctos en el diagrama de bloques y realizar las conexiones adecuadas, es decir de izquierda a derecha, porque esto puede afectar en la simulación y por ende no se obtendrá el resultado deseado. • Realizar las conexiones correctas entre el puente H, motor DC y NI myRIO de acuerdo al diagrama de conexiones, porque con una mala conexión, esto no funcionará como es debido y los resultados o valores de salida serán defectuosos o incorrectos.

6. Referencias

[1] [En línea]. Available: https://mars.uta.edu/mae3183/manuals/NI%20myRIO%20Project%20 Guide.pdf. [2] Dr. E. Doering, «NATIONAL INSTRUMENTS,» [En línea]. Available: https://learn.ni.com/teach/resources/93/h-bridge-andgeared-motor.