IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROL DE GANANCIA JG

Regional Distrito Capital Centro de Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones TECNÓLOGO EN MANTENIMIENTO ELECTRÓNICO E INSTRUMENTAL INDUSTRIAL Sistema de Gestión de la Calidad

INSTRUCTOR: JORGE GALÁN

Fecha: Febrero de 2014 Versión: 1 Página 1 de 5

IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROL DE GANANCIA IMPLEMENTACIÓN AJUSTABLE PARA REGULAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DE CD

La figura 1 representa el diagrama esquemático de un sistema de control en lazo cerrado de velocidad de un motor de CD. El correspondiente diagrama de bloques se muestra en la figura 2.

Figura 1

Figura 2

Para poner en marcha el sistema de la figura 1, se considerarán las siguientes configuraciones: • Entrada de referencia (o comportamiento deseado) • Comparador • Amplificador de ganancia ajustable 1. Entrada de referencia (o comportamiento deseado) En los sistemas de control de lazo cerrado se espera que el proceso por controlar alcance un cierto valor de estado estable, una vez que se haya extinguido el régimen transitorio. Puesto que las formas de onda de estado estable y de entrada son iguales (aunque no necesariamente de la misma magnitud), es necesario que el usuario introduzca una entrada que indique una referencia; en este caso será una señal tipo escalón. Lo anterior se obtiene con un potenciómetro de 10 K Ω al aplicar un voltaje de   como se indica en la figura 3. El voltaje de salida  es el voltaje de referencia ajustable r (t ), que se aplicará al sistema de control de velocidad.

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Figura 3 2. Comparador

En todas las configuraciones en donde se muestren amplificadores operacionales se usará el amplificador operacional MC1741 (o LM741), mientras que la identificación de sus terminales se observa en la figura 4.

Figura 4

Todo sistema susceptible de ser automatizado requiere de un sumador algebraico, el cual compara la entrada de referencia r (t ) con la salida del sistema y (t ), para que, en el caso de que haya alguna diferencia entre dichas señales (señal de error distinta de cero), el controlador dosifique la energía suministrada al proceso por medio del elemento final de control. La puesta en marcha del comparador se logra mediante un amplificador operacional en configuración de sumador algebraico, donde las resistencias R son de 100 K Ω, según se indica en la figura 5.

Figura 5

3. Amplificador de ganancia ajustable Uno de los resultados más importantes de los sistemas retroalimentados es el hecho de llevar a cabo variaciones de ganancia, con lo que se logrará modificar las características de respuesta de los sistemas de control. En principio se muestra un amplificador cuya ganancia está dada por la función Ing. Jorge Galán

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de transferencia G(s) R 2 / R 1.



- impedancia de retroalimentación R 2 / impedancia de entrada R 1: G(s)

=

=-

El circuito mostrado en la figura 6 es un amplificador operacional conectado como amplificador inversor. Se aprecia que el voltaje de salida en el terminal 6, dado por V o = (-R 2 /R 1) V i, corresponde al voltaje de entrada V i amplificado ( R 2 /R 1) veces, pero con polaridad invertida; esto es, como el amplificador operacional está conectado en configuración de entrada inversora, el terminal número 3 de entrada no inversora está referido a tierra.

Figura 6

Para corregir el signo negativo de la configuración anterior (figura 6), se debe emplear otro amplificador inversor en cascada (figura 7), con ganancia unitaria, considerando que R Ω. = 10 K Para la etapa del amplificador en sí (figura 7), R 2 se elige de 1 K Ω, y R 1 es una resistencia variable (potenciómetro lineal) de 100 K Ω, con lo que es posible variar la ganancia del amplificador en un rango de 0 < K p < 100 unidades. Lo anterior es precisamente un control proporcional p, , cuya función de transferencia es: K

 ()    

 

Figura 7

La variación de ganancia de voltaje no tendrá la potencia necesaria para mover al motor de CD, por lo que se hace necesario colocar un amplificador de potencia. Esto se logra al agregar dos transistores de potencia: PNP y NPN (TIP32 y TIP31, respectivamente). La identificación de terminales se observa en la figura 8.

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Figura 8

La figura 9 contiene el circuito amplificador de potencia conectado a la salida del conjunto de amplificadores operacionales.

Figura 9

El proceso por controlar es propiamente la velocidad del motor, por lo que se considera un motor de CD de imán permanente, con características de 6 a 12 voltios y máximo de 1 ampere. Para lograr una regulación automática de velocidad se deberá agregar un sensor cuya función será detectar el torque producido por el motor y generar un voltaje proporcional a dicho torque. Tal comportamiento corresponde a un tacómetro, y puede ponerse en marcha por medio de un motor de CD adicional, conectado al revés; este segundo motor debe tener características análogas al primero de ellos. La configuración resultante se observa en la figura 10.

Figura 10

Una vez que se han definido y puesto en marcha individualmente todos y cada uno de los elementos a considerar para formar una configuración de lazo cerrado, se procederá a llevar a cabo la conexión entre componentes con el propósito de obtener la configuración final. Ing. Jorge Galán

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Habrá que conectar la entrada de referencia (figura 3) con alimentación de +5 y -5 voltios (para dar mayor resolución a la entrada), de tal forma que el usuario logre ajustar la velocidad y la dirección de giro resultante del sistema según sus necesidades, el comparador (figura 5), el amplificador de ganancia ajustable y etapa de potencia (fi gura 9), el proceso por controlar (motor de CD) y el tacómetro a manera de sensor (figura 10). De esta manera, al retroalimentar la salida del tacómetro al terminal 2 del comparador se obtiene la configuración completa que se observaen la figura 11.

Figura 11

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