Control PI por medio de arduino y diseño de prototipo de un sistema de iluminación Led en espacio cerrado Calderón Karen, Peña Oscar, Rojas Sindi.
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Resumen
#n este este in$orme in$orme se %resen %resenta ta in$orma in$ormació ciónn detalla detallada da so&re so&re medi medici ción ón ' contr control ol de il(mi il(minac nació ión, n, ident identi$i i$ica cand ndoo las las )aria )aria&le &less *( *(ee a$ec a$ectan tan tal tal il(min il(minac ación ión en el %rot %rotot oti% i%oo %ro%(esto, %ara "enerar (n am&iente adec(ado de il(minación en la im%lementación. +nicialmente se halla la $(nció $(nciónn de tras$er tras$erenc encia ia del sistema sistema lineal lineal %or medio del mtodo de Smith ' se corro&ora %or medio del so$t-are de matla&. Se"(idamente Se"(idamente se diseña (n controlador controlador adec(ado %ara la %lanta %ara tener (na il(minación constante tanto de $orma matemtica, %or sim(lación ' real. Palabras clave-
P+.
+l(minación, +l(minación, sistema sistema lineal, controladore controladoress
INTRODUCCIÓN
Con &ase en el ni)el de l(minosidad re*(erido en es%acios %arte delant delantera era del %rototi% %rototi%oo se %(ede o&ser) o&ser)ar ar en la cerra errado dos, s, en este ste cas caso (n (naa o$ic o$icin inaa /011 /011 l(23 l(23 !5 !5 se ;a %arte $i"(ra , en esta se a%recia (n es%acio en la %arte in$erior *(e desa desarro rrolla llara ra (n sist sistem emaa el c(al c(al mode modela la (n %roto %rototi ti%o %o de control *(e %ermite mantener el ni)el de il(minación, de est destinada a almacenar los circ(itos elctricos necesarios en el %rototi%o, con (na ta&la tri%le2 *(e se desli6a %ara $orma inde%endiente a %ert(r&aciones. #n la act(alidad se enc(entran enc(entran sistemas de il(minación il(minación con %oder lle"ar a or"ani6ar todos los elementos de $orma sensores en edi$icios inteli"entes, a(n*(e son costosos de esttica. instalar, estos dismin('en considera&lemente, 'a *(e son con red red inte" inte"rad rada. a. #ste #ste ti%o ti%o de sist sistem emas as est estnn dest destina inado doss a "aranti6ar la %artici%ación de las car"as de il(minación en el mercado de la ener"7a &asada en modelos %rod(cti)os de la distri&(ción de l(6 interior. #s com8n *(e los sistemas de sens sensore oress (tili (tilice cenn $oto $otos sen enso sorr de il(min il(minac ación ión,, tam& tam&i inn contienen %e*(eños %aneles solares im%(lsados %or la l(6 am&iental. 5 +"(alm +"(almente ente e2iste e2istenn (na in$inida in$inidadd de dis%os dis%ositi) iti)os os como como sensores, elementos de %otencia, entre otros, *(e %ermiten el contr control ol ' moni monitor toreo eo de m8lti% m8lti%le less )aria )aria&l &les es entre entre ella ellass tem%era tem%erat(ra, t(ra, l(minos l(minosidad idad,, %resió %resión, n, den densida sidad, d, las c(ales c(ales %(eden ser a%licadas en el m&ito de la domótica. #n trmino trminoss de l(minos l(minosida idadd tenemo tenemoss a%licac a%licacion iones es desde desde el contr control ol de l(6 l(6 con con sens sensor ores es hasta hasta la dete detecc cció iónn de l(6 l(6 ' almacenamiento de ener"7a con celdas solares. :5 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
Con el $in de lle)ar los res(ltados de $orma real s constr('o (n %rototi%o &asado a escala de (na o$icina de tra&ajo con dimensiones :m 24m 2.0m, las medidas del sistema en el *(e se )a a tra&ajar son :1 cm 241cm 2 0cm, el c(al es de madera. ;a estr(ct(ra c(enta con dos )entanas laterales con tamaño de 4 cm 2 4cm como se %(ede o&ser)ar en la $i"(ra !.
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS
+.
Características eléctricas
? Jicro%rocesador> #n la $i"(ra o&ser)a el micro controlador a (tili6ar ' en la ta&la : se o&ser)a los %armetros de $(ncionamiento.
#n el sistema se %odrn encontrar los si"(ientes elementos elctricos> ? <(ente de alimentación se o&ser)a en la $i"(ra : ' s(s res%ecti)as caracter7sticas en la ta&la !.
<(ente de )oltaje := 4.0= = B.0= 9= != A !:1 = Re"(la&le ' Caracter7sticas cortocirc(ita&le alimentación de Uso en el %ro'ecto )oltaje al sistema a&la !. Caracter7sticas elctricas de $(ente de alimentación
)oltajes de salida en C Corriente =oltaje de entrada en AC
? Dom&illo led a ! = C> #n la $i"(ra 4 se m(estra el &om&illo es%eci$icado ' en la ta&la s(s caracter7sticas elctricas.
;m%ara ;# Potencia ensión ;(minosidad Fn"(lo de A%ert(ra G8mero de leds =ida Htil imensiones
:E != C 41 lm 1 : :1.111 I 012:1 mm
$(nción en el %ro'ecto
Act(ador
a&la . Caracter7sticas &om&illo led.
Jicro controlador Serie A=R Procesador amaño de n8cleo
AJ#A:LPPU Ame"a CorelA=R L &its 1JI6 +C UAR USAR etección de %rdida Resta&lecimiento POR PEJ E : :KD /!KD 2 !KD3 !KD 2 L KD 2 L !.L=N0.0= Analó"icoMi"ital 2!1& +nterno 41CNL0C enerador señal PEJ
a&la :. Caracter7sticas de micro controlador A J#A :L
? ransistor +P !> ransistor arlin"ton *(e se o&ser)a en la $i"(ra ' s(s caracter7sticas se m(estra en la ta&la 4
#n la $i"(ra B se o&ser)a el dia"rama de &lo*(es a im%lementar de (n sistema de il(minación en la6o cerrado, *(e consta de las si"(ientes eta%as> R/3Q =oltaje de re$erencia dc. /K3Q#ta%a de control a im%lementar PEJQ enerado %or (n micro controlador. Sistema de il(minaciónQ Consiste en el %rototi%o *(e es (na estr(ct(ra en madera como se o&ser)a en la $i"(ra ! ' act(ador *(e es (n &om&illo led a ! =. T/K3QSeñal de salida o&tenido %or (n sensor, %osteriormente am%li$icado ' lle)ado al com%arador. Com%aradorQ Com%ara la señal R/3 ' T/3 ' o&tenido como res(ltado e/3. • • • •
•
•
S7m&olo =CDO =C#O =#DO +C +CP +D PC PC
Parmetros Colector Dase =oltaje Colector#misor =oltaje #misor Dase =oltaje corriente del colector C Corriente del colector P(lso Corriente de Dase C isi%ación del colector aQ0C isi%ación del colector cQ0C em%erat(ra de (nión Almacenamiento de tem%erat(ra
Ran"os
Unidades
1
=
1
=
0
=
0
A
L
A
!1
mA
E
0
E
!01 esde !0 hasta !01
C
S C <(nción en el %ro'ecto #ta%a de %otencia a&la 4. atos caracter7sticos de transistor +P ! ? Resistencias. ? Proto&oard.
CARACTERIACIÓN
Se %rocedió a hallar la $(nción de trans$erencia en tiem%o real "ra$icando los datos o&tenidos desde el sensor %or medio del so$t-are Jatla&, en este caso no se t()o en c(enta la l(6 am&iente, as7 *(e se sellaron las entradas de il(minación en la %lanta. ;a $(nción de trans$erencia se %(ede o&tener a tra)s de la "r$ica o&tenida *(e se m(estra en la
A tra)s del mtodo de Smith se o&tiene (na $(nción de trans$erencia.
Se corro&ora la $(nción o&tenida con la "r$ica inicial %or medio de matla& ' se o&tiene la
DIAGRAMA DE BLOQUES
#n la $i"(ra !1 se %(ede o&ser)ar la so&re %osición de la $i"(ra 9 con la sim(lación de la $(nción de trans$erencia
o&tenida, con esto se dem(estra la )eracidad del mtodo (tili6ado %ara o&tener la $(nción de trans$erencia. A contin(ación se halla el error de la $(nción de trans$erencia
Se ded(ce *(e no se necesita (n controlador deri)ati)o %or*(e el tiem%o de esta&ili6ación es r%ido. Por ende se hace (n controlador %ro%orcional %ara a(mentar el tiem%o de s(&ida ' la "anancia, el error hallado no es m(' "rande %or ende teóricamente se as(me *(e no es necesario (n controlador inte"rati)o.
A.
com%ara am&as señales. #sto se hace %or medio de (n códi"o "enerado a tra)s de ard(ino. C.
Act(a#!r
entro del la6o cerrado de control di"ital es necesario (n PEJ *(e se reali6ó con a'(da de ard(ino con (na salida entre 1 a 00 %ara lle"ar a )aria (n &om&illo led, de&ido a *(e dicho &om&illo se maneja a ! = $(e necesario im%lementar (na eta%a de %otencia como se m(estra en la $i"(ra !:.
Desarr!ll! c!"tr!la#!r $r!$!rci!"al%
Se se hace la retroalimentación de la $(nción de trans$erencia o&tenida ' el sensor.
e
la
anterior
ec(ación
se
o&tiene
*(e Se"s!r
Con a'(da del so$t-are matemtico Jatla& en sim(lin
D.
$i"(ra ! se halla el
e&ido a *(e el sensor es analó"ico se con)irtió la entrada de este *(e es 1 a !14 a (n ran"o de 1 a 00, esto se %(ede o&ser)ar en el ane2o !.
ms adec(ado, como se m(estra en la
++. RESULTADOS #n la $i"(ra !4 se )is(ali6a el res(ltado $inal del %rototi%o, se %(ede o&ser)ar *(e la %arte elctrica *(eda oc(lta, "enerando *(e la %resentación sea esttica.
C!'$ara#!r
#l com%arador es necesario %(esto *(e en este entra la señal de re$erencia ' la señal del circ(ito aco%lador del sensor,
#n la $i"(ra !0 se %(ede encontrar %ert(r&aciones reali6adas al sistema, a(mentando la il(minación en la caja ' $or6ando al act(ador a &ajar el )oltaje, "racias al controlador.
+++. •
•
•
•
•
CONCLUSIONES
Go todos los ti%os de controladores %(eden ser im%lementados en todos los sistemas, ha' *(e tener en c(enta las es%eci$icaciones de desem%eño. #s im%ortante tener conocimientos %re)ios so&re %otencia %ara im%lementar de $orma correcta la eta%a de %otencia. ;os controladores, mejora la e$iciencia de los sistemas se"8n las necesidades *(e se re*(iera im%lementar. #l controlador adec(ado %ara este ti%o de %lanta era el ti%o P+ 'a *(e no era necesario mejorar el tiem%o de esta&ili6ación, en cam&io s7 se %od7a red(cir el tiem%o de s(&ida. #n este sistema no se %(do hallar el control %or medio de sintoni6ación 'a *(e la $(nción de trans$erencia maneja es de %rimer orden ' %osee (n %olo dominante.
Como se m(estra en la
+=. REFERENCIAS !5 Jinisterio de minas ' ener"ias, #n l7nea5. A)aila&le> htt%s>MM---.minminas."o).coMdoc(mentsM!1!L1M01 MRe"lamentoecnicoR#+;AP.%d$M9B194Bad&9Ba 4a$49$dBdaB1&&:!1a!. Hltimo acceso> 1! Se%tiem&re 1!5. 5 Das(, C. Sensor&ased %redicti)e modelin" $or smart li"htin" in "rid inte"rated &(ildin"s C. Das( is -ith the Carne"ie Jellon Uni)ersit', Pitts&(r"h, PA !0L9 USA. [3] .A. Peñalo6a, Control de +ntensidad de la ;(6
online5. Colom&ia> Uni)ersidad Ponti$icia Doli)ariana Seccional D(caraman"a. is%oni&le en>htt%>MMe2%oelectronica.(%&&"a.ed(.coM%d$_11_ )iiMControl_de_+ntensidad_de_la_;(6.%d$ .
:5
ANE)O *% C+#i,! &ID MM+niciali6a &i&lioteca P+ incl(de VP+_)!.hW MMe$ine )aria&les de cone2ión do(&le Set%oint, +n%(t, O(t%(tX MMSensor de il(minación const int ;RPin Q A1X MM e$inir %in PEm int di"Pin Q 9X MMParametros iniciales MMdo(&le K%Q1, KiQ!, KdQ1X MMPr(e&as tecnicas MMdo(&le K%Q, KiQ4, KdQ1X MMdo(&le K%Q1.0, KiQ!, KdQ1X do(&le K%Q1., KiQ!, KdQ1X P+ m'P+/Y+n%(t, YO(t%(t, YSet%oint, K%, Ki, Kd, +R#C3X )oid set(%/3 Z MMiniciali6a )aria&les MM +niciali6a COJ Serial.&e"in/9113X MMe$ine Pin de entrada %inJode/;RPin, +GPU3X MMRe$erencia Set%oint Q !1X MM#rror en la re$erencia Set%ointQSet%oint!1X MM#ntrad, lect(ra de datos del sensor +n%(t Q analo"Read/;RPin3X MMP+ m'P+.SetJode/AUOJA+C3X MM#sta&lece limites %ara la slida m'P+.SetO(t%(t;imits/1, 003X [ )oid loo%/3 Z MM#sta&lece (na )aria&le do(&le %ara "(ardar )alores de entrada del sensor do(&le in Q analo"Read/;RPin3X MMCon)ersión de entrad a otro ran"o inQma%/in,1,!14,1,003X MMe$ine entrada asi"nandole (na )arai&le +n%(tQinX MMProceso de P+/Set%ointin%(t3 m'P+.Com%(te/3X MM Asi"na (n )alor a la salida de%endiendo set%oint ' entrada analo"Erite/di"Pin, O(t%(t3X MM+m%rimir en COJ )alores a tener en c(enta Serial.%rint/\ re$> \3X Serial.%rint/Set%oint3X Serial.%rint/\ ;i"ht> \3X Serial.%rint/+n%(t3X Serial.%rint/\ salida> \3X Serial.%rintln/O(t%(t3X MM Retra6o de (n se"(ndo
[
dela'/!1113X
ANE)O -% C+#i,! #e Matla. $ara ,ra/icar % Función a llamar function carac(muestras) close all clc lux=0; %Lee valores de COM de la impresión de arduino delete(instrfind({ port!"{COM#!)); puerto=serial( COM#); puerto$aud&ate='00; fopen(puerto); contador=; %*r+fica fi,ure(-ame"*rafica lux) xla.el(-/mero de muestras); la.el(lux); ,rid off; 1old on; 21ile contador3=muestras %lim(40 5006); xlim(40 muestras6);
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