Instituto Tecnológico de Tehuacán

Ing. Electrónica

Control 2

SCPL Con LabVIEW

Alumnos:Mario Merino Márquez 07360703Alberto Cortés Neri 07360696José Angel Rosas Pérez 07360709José Luis Oseguera Torres 07360226Jonathan Cruz Pacheco 07360212

17 de Diciembre de 2010

Sistema de Control de Posición Lineal (SCPL) con LabVIEW

Práctica 1

Resumen de la práctica.

En esta práctica el alumno implementará un sistema de control de posición lineal en el cual dependiendo de la posición en centímetros que se le de a la interfaz de Labview como entrada, será la posición en centímetros que viajará el carrito de una impresora impulsado por un motor de cd, este sistema es un sistema de control de lazo cerrado. Para ello el alumno se apoyará de los conocimientos obtenidos en clase, así como también del conocimiento previo del comportamiento de los elementos electrónicos dentro del circuito.

Objetivoso Implementar un circuito que controle la posición del carrito de una impresora

impulsada por un motor de cd utilizando Labview.o Identificar la entrada y salida del sistema de controlo Observar la respuesta en tiempo del sistema.o Observar la respuesta del sistema cuando se le aplica un impulso tipo escalón.o Observar el tiempo de asentamiento, máximo sobre impulso y tiempo pico de la

señal.o Comprender el funcionamiento de un sistema de control de lazo cerrado

Introducción

Un sistema de control es una interconexión de componentes (de diferente naturaleza física) que forman una configuración del sistema que proporcionará una respuesta deseada.

Un Sistema de Control de Posición Lineal es aquel que nos permite posicionar objetos en este caso el carrito de una impresora en el lugar que queramos sobre una linea.

Se ingresa una entrada la cual se traduce en la posición en centímetros que se desea el objeto se encuentre sobre una linea recta. La posición final del objeto se traduce como la salida del sistema.

LabVIEW es una herramienta gráfica para pruebas, control y diseño mediante la programación. El lenguaje que usa se llama lenguaje G, donde la G simboliza que es lenguaje Gráfico.

Este programa fue creado por National Instruments (1976) para funcionar sobre máquinas MAC, salió al mercado por primera vez en 1986. Ahora está disponible para las plataformas Windows, UNIX, MAC y GNU/Linux.

Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales, o VIs, y su origen provenía del control de instrumentos, aunque hoy en día se ha expandido ampliamente no sólo al control de todo tipo de electrónica sino también a su programación embebida. Un lema tradicional de LabVIEW es: "La potencia está en el Software", que con la aparición de los sistemas multinúcleo se ha hecho aún más patente. Entre sus objetivos están el reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo (no sólo en ámbitos de Pruebas, Control y Diseño) y el permitir la entrada a la informática a profesionales de cualquier otro campo. LabVIEW consigue combinarse con todo tipo de software y hardware, tanto del propio fabricante -tarjetas de adquisición de datos, PAC, Visión, instrumentos y otro Hardware- como de otros fabricantes.

Es usado principalmente por ingenieros y científicos para tareas como:

• Adquisición de datos y análisis matemático • Comunicación y control de instrumentos de cualquier fabricante • Automatización industrial y programación de PACs (Controlador de Automatización

Programable) • Diseño de controladores: simulación, prototipaje rápido, hardware-en-el-ciclo (HIL) y

validación • Diseño embebido de micros y chips • Control y supervisión de procesos • Visión artificial y control de movimiento • Robótica • Domótica y redes de sensores inalámbricos • En 2008 el programa fue utilizado para controlar el LHC, el acelerador de partículas

más grande construido hasta la fecha. • Pero también juguetes como el Lego Mindstorms o el WeDo lo utilizan, llevando la

programación gráfica a niños de todas las edades.

Material

o 3 Contadores 74193o 1 modulo de motor y sensor de posición óptico (Impresora)o 2 Amplificadores operacionales LM741o Un transistor de potencia TIP120 o Un transistor de potencia TIP125o 5 resistores de 10kΩo 1 Potenciometro de 100kΩo Alrededor de 2m de cable calibre 22o Protoboard

Equipo de laboratorio

o 2 Fuentes de alimentación de corriente directao 7 cables banana caimáno 1 Tarjeta de Adquisición de Datos Ni 6009 DAQo 1 Ordenador con Labview 2010 instaladoo Multímetro Digital

Desarrollo

Para implementar el sistema de control de posición primeramente obtendremos el diagrama a bloques del sistema, esto para poder guiarnos en el desarrollo posterior.

Para el sistema control de posición lineal tenemos un diagrama a bloques de la siguiente forma que podemos observan en la figura 1.

Figura 1: Diagrama a Bloques

Como podemos observar con este diagrama a bloques lo que queremos posicionar es el carrito de la impresora. Este por medio de un sensor optico manda pulsos cuadrados los cuales nos indican en que lugar se encuentra actualmente; despues se pasa a un circuito detector de giro que nos ayudará a saber si el carrito se mueve a la izquierda o a la derecha; Los Contadores nos indican en un número binario la posición del carrito de la impresora para asi poder ser pasado a la Tarjeta de Adquisición y a su vez al ordenador.

Hecho esto se crea un programa utilizando Labview donde le indicamos la posición deseada; La tarjeta de Adquisición manda una señal analógica la cual pasa al bloque de Acondicionamiento donde la convertimos en voltaje positivo o negativo dependiendo el giro deseado del motor. Para mover el motor se agrega una etapa de potencia logrando que este sea capaz de desplazar al carrito de la impresora a la posición deseada.

Teniendo el diagrama a bloques proseguimos a crear un diagrama a bloques esquemático, que es el circuito a implementar mostrado en la figura 2.

Figura 2: Diagrama a Bloques Esquematico

Una vez armado el circuito creamos el programa en LabVIEW el cual consiste en hacer una conversión del número total de pulsos que manda el sensor óptico al mover el carrito de la impresora por toda la linea recta. El total de pulsos fue 1490 lo cual equivale a una distancia de 28.3 cm; por lo tanto en 1 centímetro habrá 52 pulsos. Una vez hecha esta conversión se hace una comparación entre la posición actual y la posición deseada, dependiendo del error en esta comparación la tarjeta manda una señal al motor que hace que se mueva a la posición deseada. El programa completo se muestra en la siguiente figura.

Figura 3: Programa de LabVIEW

Una vez hecho el programa se crearon los instrumentos virtuales con los cuales manipularemos el programa a través de la computadora. En el agregamos indicadores de la posición actual del sistema, controles para indicar la posición deseada, boton de Stop, Indicador gŕafico para observar la respuesta del sistema y un control para aumentar la ganancia.

Después proseguimos a probar el sistema para ello hicimos pruebas con entradas de tipo escalón y distintas ganancias. Los resultados se muestran en las siguientes Capturas de Pantalla.

Captura 1: Ganancia 0.5 - Posición 0 a 10 cm

Captura 2: Ganancia 2.8 - Posición 3 a 19 cm

El movimiento del carrito de la impresora se puede observar en video en la siguiente liga http://www.youtube.com/watch?v=DUzgk9fCrDU. En el podemos ver como se le va indicando a que posición moverse; al final se le da un impulso tipo escalón.

Observaciones

El sistema de control de posición lineal fue muy caprichoso ya que por cualquier cosa que tuviese una pequeña descalibración este se salía de control o no permitía la obtención de los resultados deseados.

La tarjeta de adquisición debe tener bien atornilladas sus patas sino ocasiona falsos contactos y los datos se ingresan de manera erronea a la computadora.

Se utilizó entrada por linea y no por puertos.

La fase con MOC's para proteger a la tarjeta no se utilizó debido a que ocasionaba falsos contactos.

Se daño al medio ambiente al hacer explotar componentes electrónicos :(

Conclusiones.

Labview es una herramienta con interfaz grafica, que sirve para crear instrumentos virtuales, de esta forma a través de una tarjeta de adquisición de datos se logran generar señales para controlar un sistema, y del mismo modo se pueden recibir señales para así crear un sistema retroalimentado.

Un sistema de lazo cerrado como el que implementamos tiene la ventaja de que puede corregir el error de salida, esto en la práctica se hizo con una comparación de señales a través de un modulo en LabVIEW que comparaba la señal del sensor con la posición que ingresaba el usuario, asimismo es importante señalar que para esta práctica fue necesario el conocimiento previo de otras materias tales como electrónica analógica y teoría de circuitos.

Las limitaciones de la tarjeta de adquisición de datos, en este caso nos empujaron a adecuar las señales, así primeramente al no ser compatible la señal de nuestro sensor de posición con la tarjeta, se ideo usar unos contadores asíncronos para así poder sumar y restar por medio de pulsos la posición del objeto final de control, en este caso un carrito de impresora.

Al ser una tarjeta con un rango de salida analógico de 0~5 Volts se ideo una adecuación dentro del mismo Virtual Intrument para evitar que el sistema tratara de generar una señal mayor a la que podía ofrecer.

La señal de control fue acondicionada con un amplificador operacional configurado para que en 2.5 volts (la mitad de la máxima salida del DAQ) generara 0 volts y en los extremos de la señal generada osease 0 y 5 volts este diera -12 y 12 volts respectivamente. Con esto se podia activar la fase de potencia la cual permitia mover al motor y este a su vez una banda que desplazaba el carrito de la impresora a la posición deseada.

El error del sistema era mínimo y dependia de la Kp del sistema. Con esto se comprueba que un sistema de control implementado con la computadora es mucho más exacto.

Descubrimos que la ganancia del amplificador operacional de la fase de potencia solo hacía que el carrito de la impresora se moviera mas rápido, por lo cual se puede omitir debido a que es mejor dar una ganacia por medio del software.

Con una ganancia superior a 2 el sistema de control tiene un Mp y ts altos, lo cual en este caso no era muy conveniente.

Como sabemos que existe un voltaje mínimo, superior a cero, al cual el motor no continuará girando porque no es capaz de vencer su propia inercia, éste se detendrá sin lograr alcanzar el objetivo deseado, por lo cual en este sistema siempre abra un pequeño error.

Se utilizaron transistores tipo TIP que son de potencia debido a que los de uso común se quemaban. (La corriente utilizada era demasiada para ellos)