Microcontroladores Microcontroladores y Microprocesadores Microprocesadores
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Control Proporcional Integral Deri+ati+o de Posición mediante AVR´s MIRA$DA Pablo? pdmiranda@*otmailcom pdmiranda@*otmailcom P'))&'I$#A 7ladimir? celianobladimir@ya*oocom VE)A 8uan Carlos? !uanB5>@outlooBcom !uanB5>@outlooBcom Abstract— This article demonstrates the use of AVR's for the PID position control control of a DC motor , by programming programming the AVR AVR perform perform complete control of the position of this , this article ill sho ho you should perform perform detail detail the PID control! control! This paper shos the application of a PID algorithm , implemented on a microcontroller compatible ith AVR embedded "P#A dedicated to position control of a DC motor
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
RESUMEN:
Este articulo muestra el uso de los AVR´s AVR´s para realizar el control PID de posición de un motor DC, mediante la programación del AVR realizamos el control completo de la posición de este, este articulo mostrara como se debe realizar detalladamente detalladamente el control PID
El presente traba!o, muestra la aplicación de un algoritmo tipo PID, implementado sobre un microcontrolador compatible compatible con un AVR, embebido en "P#A, dedicado al control de posición de un motor de corriente continua I $%R&D'CCI( $ )os controladores PID, son ampliamente usados desde *ace +arias dcadas, en el control de todo tipo de sistemas lineales, dada su alta e-icacia, simplicidad y su -.cil aplicación En este caso, se +e aplicado al control de posición de un motor de corriente corriente continua, continua, pero mediante mediante ligeras ligeras modi-icaci modi-icaciones, ones, puede aplicarse a cual/uier tipo de sistema lineal Es por esto /ue se seleccionó este tipo de algoritmo Dic*a -iloso-0a de traba!o, aplicada sobre una "P#A, trae grandes bene-icios, entre ellos, la -.cil implementación e integración del sistema completo de control, la simplicidad con la /ue se a1aden modi-icaciones al mismo, etc )a -orma en la /ue se reparten las tareas entre el *ard2are y el so-t2are, logra encontrar un e/uilibrio /ue utiliza el m0nimo de recursos, alcanzando la -uncionalidad deseada 34, 56 I
Reali Realizar zar el con contro troll PID de un motor motor DC media mediante nte la utiliz utilizac ación ión de AVR´s A%ME#A4: ME#A4: para para re-orz re-orzar ar los conocimientos ad/uiridos
9e realiza el dise1o de la planta ;motor< /ue deseamos controlar 'na +ez realizada todos los c.lculos correspondientes, se procede a simular simular el circuito a implementar implementar Ad/uirimos todos los componentes a utilizar Implementamos el circuito de control PID del motor Realizamos +arias pruebas para +eri-icar su correcto uso Elaboración del in-orme del traba!o -inal correspondiente a la tercera unidad
III MARC& %E&RIC& A. Algoritmo PID PID
Donde =p es la constante proporcional, =i la integral y =d la deri+ati+a Cada una de estas constantes tiene un impacto di-erente en el control 3>6 t
Spid = Kpe ( t ) + Ki
∫ e ( τ ) d τ Kpdx dt 0
;=p< ;=p< es el enca encarg rgad adoo de indicar /ue tan le!os se ubica actualmente el sistema, con respecto al +alor deseado 9e puede +er /ue mientr mientras as m.s alta alta sea la con consta stante nte propor proporcio cional nal,, menor ser. el tiempo /ue tarde en reducir el error del sistema, sistema, pero tendr. tendr. oscilacion oscilaciones es subamorti subamortiguada guadass alre alrede dedo dorr del del +alo +alorr dese desead ado o En camb cambio io si la constante es pe/ue1a, puede /ue el sistema no tenga oscilaciones, pero nunca alcanzar. al +alor deseado ;error de o--set<
T$rmino integral% (Ki) almacena
T$rmino T$rmino proporcion proporcional% al%
II &78E%IV&9 OBJETIVO GENERAL:
in-ormación sobre las acti+idades pasadas del sistema Esta in-ormación es de +ital importancia, ya /ue le brinda al sistema de
Microcontroladores y Microprocesadores control, una memoria resumida, sobre como -ue e+olucionando el error del mismo Es capaz de corregir el error de o--set, dado por la parte proporcional, en un tiempo de actuación /ue es in+ersamente proporcional a la constante =i 9i esta ltima, resulta muy grande ;=i4<, el sistema presentar. oscilaciones antes de alcanzar el +alor deseado
Término deri!"io: ;=d<
*ace una comparación entre el error pasado y el actual, con lo /ue obtiene, una noción de como seguir. respondiendo el sistema )a misma, es utilizada, para contrarrestar +ariaciones abruptas /ue puedan ser noci+as, como las oscilaciones El tiempo de anticipación del c.lculo, depende de =d, mientras mayor sea la misma, el sistema se anticipar. m.s r.pido 3F6
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'$)5>A Es una matriz de transistores Darlington de alto +olta!e, y alta corriente 9e compone de siete pares de $P$ Darlington /ue cuentan con salidas de alto +olta!e con diodos de retorno de c.todo comn para la conmutación de cargas inducti+as Es muy similar a la ')$5G4A, ')$5G5A, ')$5G>A, 3>6 ')$5GFA y ')$5GJA, sólo di-ieren en los ni+eles de entrada de lógica ;%%), CM&9, &#P< y el nmero de entradas ;G< )os controladores pueden conectar en paralelo para una mayor capacidad de corriente, incluso apilar un c*ip en la parte superior de otro, tanto elctrica y -0sicamente se *a *ec*o Por lo general, tambin se puede utilizar para la interconeHión con motor paso a paso, en el /ue el motor
Mi#ro#on"ro$!dor Ar%&i"e#"&r!
El AVR es un microcontrolador del tipo RI9C de G bits con dos espacios de memoria completamente independientes? memoria de programa y memoria de datos En la memoria de programas se encuentra el c código a e!ecutar Es una memoria de 4: bits y la mayor parte de las instrucciones son de este tama1o Algunas instrucciones necesitan dos posiciones de memoria ;>5 bits< )a memoria de datos es de G bits y se di+ide en tres secciones EHisten instrucciones espec0-icas para acceder a cada una de estas secciones de memoria, pero tambin *ay instrucciones /ue pueden acceder a todo el espacio de memoria indistintamente )a parte m.s ba!a de esta memoria alberga >5 registros de G bits, seis de los cuales pueden agruparse de a pares para -ormar tres registros de 4: bits, usualmente usados como punteros A continuación se encuentra el espacio de entradasalida, con un total de :F posiciones de G bits El resto de la memoria es RAM A partir de la segunda generación la l0nea AVR implementa un stacB pointer El mismo es decrementico cada +ez /ue se guarda algo en la pila, usualmente se lo inicializa con la dirección mas alta de memoria RAM Este recurso -acilita el compilado de aplicaciones en lengua!e C )a mayor parte de las instrucciones se e!ecutan en un ciclo de relo!, pero algunas pueden tomar *asta cuatro ciclos, como en el caso del CA)) El stacB pointer y el registro de estados se encuentran mapeados en el espacio de memoria de entrada y salida )a A)' implementa las operaciones b.sicas de suma, resta y desplazamiento
re/uiere altos 0ndices de audiencia /ue no pueden ser proporcionados por otros dispositi+os de inter-az IV MA%ERIA)E9
Proto7oard Cables Mult0metro Motor en DC Potenciómetros y resistencias de +arios +alores
%eclado
A%ME#A4:
)CD de 5K4:
Pe/ue1a Ma/ueta
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> Para? =p4, =dG y =iF Error =
V real −V medido V real
Error =
360 −349 360
∗100
∗100
Error =3.055
9e puede obser+ar de /u manera +aria la intensidad del -oco segn el tipo de controlador seleccionado, de este modo cumple /ue el -oco se enciende y se apaga cuando seleccionamos el PD caso pero el error en estado estable no es muy bueno, caso contrario sucede cuando se selecciona el PI el -oco titila pero mantiene el error en un +alor considerable para considerar /ue esta con un error en estado estable menor al 5N segn la di-erenciación de +olta!es obtenidos Para una -ina sinton0a, se realizó la sintonización aplicando el mtodo de ganancia al l0mite $uestro controlador traba!a muy bien y eHiste un error m0nimo
PR&CEDIMIE$%& 4 5
In+estigar cómo realizar un control PID con A%ME#A 4: Desarrollar el dise1o de este control de posición del motor de me!or manera /ue se pueda preciar > 9e procede a simular el circuito ya con todos los par.metros necesarios 4. 'na +ez implementado, /uemamos el A%ME#A4: con el programa correspondiente 5. 9e implementa con el resto del circuito 6. Realizamos algunas pruebas para +er su correcto -uncionamiento 7. Realizar el in-orme del proyecto para ser cali-icado por su respecti+o docente
V C&$C)'9I&$E9 CL)C')& DE) ERR&R
A$EQ&9
A.
Circ!ito implementado en Protooard
R E"ERE$CE9 346 356 3>6 3F6
M A Moreno, OApuntes de control PID,O LA PAZ ENERO, 54 D M Caruso and 9 E %ropea, OControlador tipo PID, sobre microcontrolador embebido en "P#A,O in Congreso de Microelectrónica Aplicada, 54 C Verrastro, 9 Alberino, and P "olino, OControl PID con es/uema adapti+o de -iltrado de ruidoO # ReynosoMeza, Q 7lasco, and 8 9anc*is, ODise1o multiob!eti+o de controladores pid para el benc*marB de control 5G5S,O Revista Ieroamericana de A!tom"tica e In#orm"tica Ind!strial RIAI, +ol :, pp S>4>, 5S
$. Pr!ea de #!ncionamiento en Lavie%
Como se puede apreciar el error en estado estable es m0nimo
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F
C. Circ!ito en Prote!s
Podemos +er la respuesta del sistema a la modi-icación del set point
