Levitador de aire controlado con lógica difusa Objetivo: Aplicar el conocimiento conocimiento obtenido en el curso curso para desarrollar desarrollar un modelo de un levitador levitador mediante lógica difusa mediante herramientas de software de apoyo para diseñar y posteriormente desarrollarlo de manera física. Introducción En el desarrollo de este modelo nos daremos cuenta de una de las aplicaciones que tiene la lógica difusa y de su comportamiento que es lo más importante, ya que es diferente a comparación de la lógica normal que todos conocemos, además de que se observará la facilidad que da la simulación en Matlab ya que nos da una idea si se está planteando bien el problema y hacerle los ajustes antes de llevarlo al desarrollo. Marco Teórico: Lógica difusa: La lógica difusa es una rama de la inteligencia artificial que se funda en el concepto “Todo es cuestión de grados”, lo cual permite manejar información incierta o de difícil especificación si se quisiera cambiar con esta información el funcionamiento o el estado de un sistema específico. En términos formales, la lógica difusa es un tipo de lógica que reconoce más que simples valores verdaderos y falsos. Con lógica difusa, las proposiciones pueden ser representadas con grados de veracidad o falsedad. Por ejemplo, la sentencia “hoy es un día soleado”, puede ser 100% verdad si no hay nubes, 80% verdad si hay pocas nubes, 50% verdad si existe neblina y 0% si llueve todo el día. La lógica difusa es entonces definida como un sistema matemático que modela funciones no lineales, convirtiendo unas entradas en salidas acordes con los planteamientos lógicos y utilizando fundamentalmente el razonamiento aproximado. Tiene como base los denominados conjuntos difusos y posee un sistema de inferencia basado en reglas de producción de la forma “SI antecedente ENTONCES consecuente”, donde los valores lingüísticos del antecedente y el consecuente están definidos por conjuntos difusos. La lógica difusa puede ser vista como un lenguaje que permite trasladar sentencias sofisticadas en lenguaje natural a un lenguaje matemático formal. ¿Qué es un convertidor analógico – digital? Un conversor (o convertidor) analógico-digital (CAD), (ADC) es un dispositivo electrónico capaz de convertir un voltaje determinado en un valor binario, en otras palabras, este se encarga de transformar señales análogas a digitales. Una conversión analógica-digital (CAD) (o ADC) consiste en la transcripción de señales analógicas en señales digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento (codificación, compresión, etc.) y hacer la señal resultante (la digital) más inmune al ruido y otras interferencias a las que son más sensibles las señales analógicas ¿Qué es modulación por ancho de pulso (en motores)? La modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna, como su nombre lo indica, al controlar: un momento alto
(encendido o alimentado) y un momento bajo (apagado o desconectado), controlado normalmente por relevadores (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta frecuencia). Otros sistemas para regular la velocidad modifican la tensión eléctrica, con lo que disminuye el par motor; o interponen una resistencia eléctrica, con lo que se pierde energía en forma de calor en esta resistencia. Otra forma de regular el giro del motor es variando el tiempo entre pulsos de duración constante, lo que se llama modulación por frecuencia de pulsos. El pwm se puede generar a partir de un microcontrolador (por ejemplo, un PIC 16F877A de la empresa Microchip) que ya trae incluida esta función. Desarrollo: Teórico. En la primera parte se proponen los intervalos y los conjuntos difusos que va a tener la entrada del sensor, el error y la salida. En base a eso se empieza a trabajar en la elaboración de las gráficas correspondientes. Se elaboran las bases de reglas, las cuales consiste en determinar el comportamiento que va a tener la salida respecto a la entrada y a su error, según como queramos que se comporte. Posteriormente se toma la variable de entrada (que es la del sensor), y se calcula su variación con respecto del tiempo (el error). Se calculan los valores de pertenencia a su respectivo conjunto difuso y se sacan los mínimos entre el valor de pertenencia de la variable de entrada y de su error que serán los α1 y α2 posteriormente se verifica con que conjuntos difusos de salida tienen relación respecto a la base de reglas y se toman los centros de estos, a continuación se procede a calcular la salida con la siguiente ecuación: u=(α_1∙c1+α_2∙c2)/(α_1+α_2 ) Luego de esto se relaciona el valor de u con la salida pwm para poderlo mandar al actuador que en este caso es un ventilador de 12v. Con todo esto desarrollado se procede a trabajar en Matlab con la herramienta FUZZY. Con esta herramienta se facilita el desarrollo de los conjuntos difusos, ya que elabora todo lo descrito anteriormente de manera automática. A continuación se presenta totas las gráficas realizadas en fuzzy: Después de esto se verifica que el sistema se comporte de la manera esperada para saber si se desarrollo correctamente. Si éste es el caso se elaboran cada una de las funciones para cada gráfica según su intervalo de aplicación. Practico. En la estructura se utiliza el siguiente material: 1 ventilador de 12v. 1 tubo de PVC adaptado para observar la altura de la esfera 1 sensor infrarrojo de rebote (SHARP GP2D12 35) 1 Microcontrolador (PIC16F877) 1 Puente “H” (l298n) 1 Esfera de unicel del #6 El tubo de PVC se le cortó dos ranuras a los costados para poder observar la esfera, el
ventilador se colocó en uno de los extremos del tubo y en el otro se colocó el sensor en una tapa para PVC. Se probó que el ventilador levantara la esfera sin taparle las ranuras lo cual hizo correctamente, ya que en la prueba se pretendía taparle esas salidas de aire, alterando así su ambiente y debería de mantener la esfera a la misma altura. La etapa de potencia que unirá el pic con el ventilador se realizó a través del l298n (la forma de conexión del puente h se observa en la ilustración 6.
