Manual de Usuario Péndulo Invertido Control II

7/24/2019 Manual de Usuario Pndulo Invertido Control II

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MANUAL DE USUARIO

PNDULO INVERTIDO

LABORATORIO CONTROL II

ANDRS FELIPE GMEZ RESTREPOMARCO ANTONIO CHAMORRO LUCERO

ALBERTO MUOZ GALLEGO

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

MEDELLN

2011


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MANUAL DE USUARIO.

1. PENDULO INVERTIDO SIMPLE.

DESCRIPCION DEL SISTEMA.

El pndulo invertido simple (SIP) consiste de una barra simple montada sobre el carro lineal IP02 de

Quanser cuyo eje de rotacin es perpendicular a la direccin del movimiento del carro. La barra del pndulo

es libre de balancearse a lo largo del movimiento del eje del carro, como se ilustra en la figura 1, 2. El

pndulo simple viene en dos diferentes tamaos uno de 12 pulgadas (pndulo mediano) y uno de 24

pulgadas (pndulo grande).

IP02 es de aluminio solido. IP02 es de aluminio solido y est montado sobre una pista de acero inoxidable

por un soporte y tiene un mecanismo de piones que utilizan un motor DC de 6 voltios, esto garantiza un

movimiento consistente y continuo. El carro desliza a lo largo de un eje de acero inoxidable con rodamientos

lineales. La posicin del carro es medida usando un sensor (encoder) acoplado al soporte mediante un pin

adicional. El segundo codificador incremental en el IP02 est lo alto del carro y sirve para medir el ngulo

de la barra del pndulo suspendido. El pndulo tiene la libertad de deslizarse y rotar en un rango de 360

grados, a lo largo del movimiento del eje del carro. El motor y los sensores del carro son alimentados por la

UPM-1503.

EXPERIMENTO SELF-ERECTING PNDULO INVERTIDO: DESAFO DE CONTROL.

Como se ilustro en la figura 1 y 2, el objetivo del experimento de self-erecting es disear un sistema de

control que comience con el pndulo simple en la posicin baja, deslizarlo hasta arriba y finalmente

mantenerlo balanceado en posicin erecta, en la posicin deseada del carro.

La capacidad de variar los parmetros y la configuracin del hardware est disponible, si lo desea usted

tambin puede cambiar la dinmica del desafo. El sistema se suministra con un controlador no lineal que

permite cambiar entre dos modos, pero, usted puede disear cualquier otro controlador que usted desee. Elmodelamiento matemtico y los parmetros del sistema se proporcionan para agilizar la aplicacin de la

teora del control de su eleccin.


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DESCRIPCIONES DE LOS INSTRUMENTOS DEL EXPERIMENTO DEL PNDULOINVERTIDO.

DESCRIPCIN DEL PNDULO SIMPLE.

Como se ilustra en la figuras 3 y 4, hay dos tipos de pndulos simples, dependiendo del tamao. El pndulo

mediano es de 12 pulgadas y el pndulo largo tiene 24 pulgadas. El pndulo simple va conectado al Carro

IP02.

DESCRIPCIN DE LA UPM.

El modulo de potencia universal es un amplificador de potencia que es requerido para manejar cada uno de

los actuadores de Quanser. La UPM consiste de:

Una fuente de voltaje de ms menos 12voltios.

Entradas de sensores anlogos.

Salida anlogas de ponencia amplificada.


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TARJETA DE ADQUISICIN DE DATOS.

Esta es la encargada de recibir los datos provenientes de la computadora para poder generar el proceso

de control por el cual se podr manejar el carro IP02, y a su vez es la encargada de recibir los datos queel enva el carro en el censado de posicin y el censado del Angulo.


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Esta se alimenta por medio de las correas que se conectan desde el computador, pues estas adems de

comunicar la tarjeta con el PC tambin entregan el voltaje alimentacin a la tarjeta.

CARRIL DE DESLIZAMIENTO CARROIP02

El carril de deslizamiento se conforma de una parte de una aleacin metlica de color parecido al de la

madera y de una varilla en la cual se desliza el carro IP02, esta varilla se sujeta con las llaves

hexagonales que posee el inventario del experimento.

El carril tambin posee una franja dentada en la cual se deslizan los engranajes del carro, esta franja nova hasta el final, pues esta parte funciona como un watchdog para el programa.

Hay que tener en cuenta que para los experimentos 5 y 6 hay que tener el carril fijo en los extremos pues

si este no est fijo, el pndulo se descontrola al generarse movimientos que no estn planeados en el

proceso inicialmente.


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CARRO IP02 DE QUANSER.En el carro IP02 va montado el pndulo invertido simple, este es accionado por el actuador (Un motor

DC de alta eficiencia), en el carro tambin se encentra los encoder encargados de censar la posicin y la

el ngulo del pndulo.

CABLE NMERO 0

Este cable va conectado desde el encoder del carro encargado del censado de la posicin a la tarjeta de

adquisicin de datos a la posicin 0 la cual est indicada con un numero 0

CABLE NMERO 1

Este cable va conectado desde el encoder del carro encargado del censado del ngulo del pndulo a la

tarjeta de adquisicin de datos a la posicin 0 la cual est indicada con un numero 0


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CABLE NEGRO CARRO IP02 UPM

Este cable es el encargado de darle alimentacin de voltaje al carro IP02, se reconoce ya que sus dos

terminales son parecidas y solo difieren en el nmero de dientes que posee cada terminal y es colocado

en la tercera posicin del carro.

CABLE NEGRO UPS TARJETA DE ADQUISICIN

Este cable se reconoce fcilmente por que sus terminales son diferentes y este nos sirve para darle las

seales de tarjeta a la UPS para darle el voltaje necesario al carro IP02 por eso se denomina D/A.


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KIT DE HERRAMIENTAS.

el sistema viene con un conjunto de llaves necesariao para hacer el montaje del sistema, adems de unos

piones de repuesto para el carro IP02.

CONEXIN FSICA DEL EXPERIMENTO

Primero que todo haremos un inventario de las partes que se conectan

UPM

Tarjeta

PC

Carro IP02

Cable # 0

Cable # 1


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Cable UPM Carro IP02 (puntas iguales)

Cable UPM tarjeta (Puntas diferentes)

Correas (unidas al PC)

PASO1

Conectar la tarjeta q4 al PC por medio de la correas como se muestra a continuacin.

PASO2

Montar el carro IP02 en el riel como se ilustra en la siguiente secuencia de imgenes.


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Esta mass extra se utiliza para evitar que el carro se descarrile cuando se esta moviendo de un lado a otro.

PASO3

Montar el pndulo en el frente del carro.


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PASO4

Hacer la interconexin de los cables.

Cable RCA to 5-pin DIN de la Salida D/A canal #0 a From D/A de la UPM.


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Cable 6-pin DIN to 4-pin DIN del Motor a To load de la UPM

Cable 5-pin-stereo-DIN to 5pin-tereo-DIN del Conector del encoder #0 (posicin del carro IP02) aEntrada #0 de la tarjeta de adquisicin.


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Cable 5-pin-stereo-DIN to 5pin-tereo-DIN del Conector del encoder #1 (ngulo del pndulo) a Entrada

#1 de la tarjeta de adquisicin.


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PROGRAMACION DE LA TARJETA.

Despus de tener sistema con todas las conexiones procedemos a cargar los archivos la tarjeta q4.

CONEXIN Y FUNCIONAMIENTO EXPERIEMENTO NUMERO 5

PASO1

Encontramos la carpeta pndulo invertido (normalmente en el escritorio)


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PASO2

Identificamos dentro de esta carpeta la carpeta de nombre IPO1_2 using UPM, en la cual estn los

experimentos relacionados con la UPM

PASO 3

Dentro de la carpeta encontramos varias carpetas con el nombre de los experimentos que se pueden realizar

y escogemos la carpeta Exp05-sip LQR las letras LQR tienen como significado los controladores que utilizael experimento.


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PASO 4

Ya dentro de la carpeta del experimento 5 nos dirigimos a la carpeta LabDesingFiles en la cual

encontraremos todos los programas para el experimento.

PASO 5

Ya dentro de la carpeta que tiene los programas ejecutables nos dirigimos al archivo

setup_lab_ip01_2_sip.m el cual nos abrir el editor de Matlab de archivos .m


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PASO 6

Cuando nos abra el archivo .m lo que hacemos es darle runal programa.

Al darle run, el programa nos entregara unas ganancias las cuales sern de utilidad en el programa en

simulink para hacer el proceso de control.


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PASO 7

Despus de generadas las variables nos dirigimos a la carpeta de los experimentos y buscamos el archivo

q_sip_lqr_ip02.mdl el cual es el programa en simulink.

PASO 8

Al abrir este archivo, nos muestra una interface en simulink el cual es el proceso de control para el carro

IP02


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PASO 9

Nos adentramos en los bloques de color naranjado hasta encontrar la figura 2 y le damos doble clik en la

figura que dice QuaRC y adentro de este bloque miramos la figura 3 y escogemos la opcin q4 que se refiere

a la referencia de la tarjeta del laboratorio.

Figura 1

Figura 2


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Figura 3

PASO 10

Ya con todo realizado en la opcin QuaRC le damos en la opcin Build y esperamos a que compile y nos

dirigimos a la ventana abierta del panel principal de Matlab


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Paso 11

Cuando le damos build en el programa en simulink el nos compila en la ventana principal de matlab y

observamos hasta que se detenga

PASO 12

Ya con el archivo compilado, le damos start y esperamos que el pndulo actu realizando el experimento

mostrado en los videos.


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CONEXIN Y FUNCIONAMIENTO EXPERIEMENTO NUMERO 6

La conexin para el experimento nmero 6 es la conexin general mostrada antiormente, Y teniendo ya lista

esta conexin procedemos de la siguiente manera:

PASO 1

Encontramos la carpeta pndulo invertido en el escritorio

PASO 2

Identificamos dentro de esta carpeta la carpeta de nombre IPO1_2 using UPM, en la cual estn los

experimentos relacionados con la UPM


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PASO 3

Dentro de la carpeta encontramos varias carpetas con el nombre de los experimentos que se pueden realizar

y escogemos la carpeta xpe06-sesip PV LQR las letras PV y LQR tienen como significado los controladores

que utiliza el experimento

PASO 4

Ya dentro de la carpeta del experimento 6 nos dirigimos a la carpeta LabDesingFiles en la cual

encontraremos todos los programas para el experimento.


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PASO 5

Ya dentro de la carpeta que tiene los programas ejecutables nos dirigimos al archivo

setup_lab_ip02_sesip.m el cual nos abrir un interfaz en Matlab.

PASO 6

Cuando nos abra el programa .m lo que hacemos es darle run al programa.


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Al darle run, el programa nos entregara unas variables las cuales sern de utilidad en el programa en

simulink para hacer el proceso de control.

PASO 7

Despus de generadas las variables nos dirigimos a la carpeta de los experimentos y buscamos el archivo

q_pvqr_sesip_ip02.mdl el cual es el programa en simulink.


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PASO 8

Al abrir este archivo, nos muestra una interface en simulink el cual es el proceso de control para el carro

IP02

PASO 9

Nos adentramos en los bloques de color naranjado hasta encontrar la figura 2 y le damos doble clik en la

figura que dice QuaRC y adentro de este bloque miramos la figura 3 y escogemos la opcin q4 que se refiere

a la referencia de la tarjeta del laboratorio.

Figura 1


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Figura 2

Figura 3


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PASO 10

Ya con todo realizado en la opcin QuaRC le damos en la opcin Build y esperamos a que compile y nos

dirigimos a la ventana abierta del panel principal de Matlab

PASO 11

Cuando le damos build en el programa en simulink el nos compila en la ventana principal de matlab y

observamos hasta que se detenga


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PASO 12

Ya con el archivo compilado, le damos start y esperamos que el pndulo actu realizando el experimento

mostrado en los videos.

Notas adicionales

Para los dos experimentos es necesario sujetar los extremos del carril ya que de lo contrario el

pndulo se descontrolara.

Es de gran cuidado no intercambiar los cables 0 y 1 en la conexin en el carro o en la tarjeta ya que

esto har que el censado del Angulo se cruce con el censado de la posicin y har que el carro corra

de manera brusca hasta el final del carril.

Cuando se utilice las llaves hexagonales es prudente no hacer demasiada fuera ya que los tornillos

que oprimen los instrumentos para sujetarlos, su punta es un poco dbil.

Si se nota que la tarjeta de adquisicin de datos no prende lo primero que se realizara es ver si los

fusibles que esta tiene estn en buen estado ya que generalmente se funden.

Es un error muy constante dejar la UPM apagada, entonces siempre que se conecte es conveniente

prenderla inmediatamente.

El experimento # 5 se puede hacer tanto con el pndulo pequeo como con el grande.

El experimento # 6 solo se puede realizar con el pndulo grande ya que con el pequeo se

descontrola.

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