, . . . , . Ogata, K.(2010). Ingenieríade control moderna. Madrid, España: Pearson. Ogata, K.(2010). Ingenieríade control moderna. Madrid, España: Pearson.
Levitador neumático PID A. Mezaa, I. Calvillo a Asesor: Ing. Edgar Quiroz Juárez a a. Instituto Tecnoló Tecnológico gico de León, Blvd. Juan Alonso de Torres, León, 3542, Gto., México
I. Introducción El efecto que permite que un cuerpo se suspenda en el aire sin contacto físico se denomina levitación, la cual es el resultado de una fuerza que contrarresta el peso del cuerpo u objeto levitante. Esta levitación se clasifica según los medios empleados, entre las cuales están, la levitación electrostática, magnética, neumática, acústica y óptica; estas diferentes clases de levitación permiten lograr el mismo efec efecto to de susp suspen ende derr cuer cuerpo poss en el aire aire,, pero pero con con dife difere rent ntes es características. En la levitación neumática operan las variaciones de presión ejercida por gases, en este caso el aire, para mantener objetos suspendidos suspendidos en posición estable. Esta levitación debe garantizar los siguientes efectos sobre el objeto: Una fuerza que contrarreste el peso del cuerpo (la fuerza de gravedad que actúa sobre el objeto que levita) y para que se halle en suspensión estable, es necesaria una fuerza adicional que contrarreste cada pequeño desplazamiento del objeto en levitación.
II. Metodología La estructura estructura del levitador levitador esta fabricada fabricada con un tubo de pvc de dos pulgadas, donde se desliza la masa de unicel. Como base se utiliz utilizóó una caja cuadra cuadrada da de mader maderaa de 15x1 15x155 cm. cm. El vent ventililad ador or util utiliz izad adoo en el sistema se alimenta con 12V de corriente directa directa que proporciona proporciona una potencia de 1.8W. El sistema es gobernado por el microcontrolador arduino. Figura 1 Estructura de levitador levitador neumático
El proyecto se divide en dos partes: la parte de control y en potencia. En la parte de control se desarrolló un código de lenguaje abierto en arduino. El uso de librerías externas ayudará a depura depurarr el lengua lenguaje je al moment momentoo de estar estar progra programan mando do y acelerará el proceso de las operaciones que se tienen que calcular. Para entender cómo se mide la distancia con el sensor se analiza lo siguiente:
La conexión electrónica del sistema requiere una etapa de potencia para evitar un daño al microcontrolador. El diagrama utilizado se muestra a continuación.
Figura 2 Diagrama de potencia.
El funcionam funcionamient ientoo de este levitador levitador neumático neumático utiliza un sistema sistema de control PID el cual está realizado con librerías especiales en el IDE de arduino. Los valores del set point es modificado a través de una resistencia variable, cuyo valor es leído por el puerto analógico, procesado para convertirlo a valor digital. El resultado de los valores PID se envían como salida de PWM variando su valor dependiendo de la lectura que recibe el arduino del sensor ultrasónico de distancia.
III. Resultados Se obtuvo la caracterización del sensor ultrasónico HC-SR04 tomando una muestra de diferentes distancias. Los valores fueron procesados en Excel y analizados realizando una regresión lineal y exponencial para obtener su curva y su ecuación característica, dicha curva se muestra a continuación. COMPORTAMIENTO COMPORTA MIENTO POR REGRESION EXPONENCIAL
25000
20000
y= 1529.1e 1 e0.0106x
15000 g e S µ N E O P M E I T
10000
5000
0 0
50
100
150
200
250
300
DISTANCIAEN cm
Gráfica1 Parámetros usados en el modelado matemático.
Desde
el microcontrolador mi crocontrolador se manda un pulso corto al sensor En respuesta a ello, el sensor emite una ráfaga corta ultrasónica a una frecuencia de 40 Khz. La ráfaga viaja a través del aire, choca con un objeto y rebota para retornar hacia el sensor nuevamente. El sensor provee un pulso de salida que inicia cuando la ráfaga es enviada y termina cuando el eco es detectado. La longitud del pulso es proporcional a la distancia del objeto. La Fórmula, ya simplificada, que se utilizó en la programación es: 2 ∗ 1/29 1/29 = 2 La constante de 1/29 es la velocidad del sonido en unidades de cm/uS. TEMPLATE DESIGN ©2008
Al obtener la ecuación característica del sensor se obtienen los parámetros parámetros necesarios necesarios para realizar realizar un control control PID efectivo sobre la planta.
IV Referencias
Ogata, K. (2010). Ingeniería de control
moderna. Madrid, España: Pearson. Mosquera Victor, Q.O. (2012). Control de posición de un sistema de levitación. Revista universitaria en telecomunicaciones y control, 9-12. Comnes Bret, L. R. (2013). Obtenido de Arduino Control.
