Diseño E Implementación Un Sistema Didáctico Para El Laboratorio De Control, Que Integre Una Interfaz Gráfica Y Hardware, Para Controlar El Grado De Inclinación De Un Balancín Motor Hélice.

Abstract

Tesis en Pasta Encuadernada y Cd con 1 Archivo en WORD de 5.64 MgEste documento está basado en el diseño de un sistema didáctico que a través de una interfaz gráfica desarrollada en la plataforma de Labview / Simulink, se monitorea y controla el ángulo de inclinación de la planta BMH (Balancín, Motor, Hélice). Se utilizan los bloques de funciones de la tarjeta de adquisición PTAD_S01 y la placa ARDUINO compatibles con LabVIEW y Matlab para la implantación del algoritmo de control. Los circuitos eléctricos y electrónicos que se encuentran en este documento, están basados en los conocimientos que se adquirieron en el transcurso de la carrera de Ingeniería Electrónica que corresponden al control de variables. Se usan sensores y actuadores comerciales junto con la tarjeta de adquisición de datos (PTAD-S01- ARDUINO MEGA 2560). Se utiliza un sensor de tipo resistivo para que proporcione una señal de voltaje baja que es leída por la tarjeta, la cual procesa y entrega otra señal, esta es enviada a través de una salida análoga de la tarjeta y acoplada a una etapa de potencia que hace girar un motor hélice.CONTENIDO PAG. GLOSARIO _____________________________________________________ 14 RESUMEN ______________________________________________________ 16 INTRODUCCIÓN _________________________________________________ 17 1. OBJETIVOS ___________________________________________________ 18 1.1 OBJETIVO GENERAL ________________________________________ 18 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ___________________________________ 18 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA _______________________________ 19 2.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA _________________________________ 19 2.2 JUSTIFICACIÓN ____________________________________________ 20 3. MARCO TEÓRICO _____________________________________________ 21 3.1 ANTECEDENTES ___________________________________________ 21 3.2 ESTADO DEL ARTE DE LOS SISTEMAS BALANCÍN MOTOR HÉLICE _ 21 3.3 SISTEMA PROPUESTO. ______________________________________ 23 3.4 ELEMENTOS QUE CONFORMAN EL SISTEMA PROPUESTO ______ 24 3.4.1 Sensor. ______________________________________________ 25 3.4.1.1 Potenciómetro Lineal. __________________________________ 25 3.4.2 Actuador. _______________________________________________ 26 3.4.2.1 Motor DC. ___________________________________________ 26 3.4.3 Etapa De Potencia. _______________________________________ 27 3.4.3.1 Transistor TIP41C. ____________________________________ 29 3.4.4 Tarjeta De Adquisición. ____________________________________ 30 3.4.4.1. Tarjeta de Adquisición PTAD-S01. ________________________ 30 3.4.4.2 Placa Arduino Mega 2560. ______________________________ 31 3.4.5 Interfaz Gráfica. __________________________________________ 33 3.4.5.1 Sistemas HMI / SCADA. ________________________________ 33 3.4.5.2 LABVIEW. ___________________________________________ 34 3.5. HERRAMIENTAS DE SOFTWARE ______________________________ 36 3.5.1 MATLAB. _______________________________________________ 36 3.5.2 SIMULINK. ______________________________________________ 37 3.5.2.1 Capacidades del Programa Simulink. ______________________ 37 3.6 SISTEMAS _________________________________________________ 38 3.6.1 Sistemas Dinámicos. ______________________________________ 38 3.6.2 Sistemas Lineales E Invariantes En El Tiempo (Lti). ______________ 39 7 3.6.3 Sistemas Lineales. ________________________________________ 39 3.6.4 Respuesta Paso Para Sistemas Lineales. ______________________ 41 3.6.5 Respuesta Paso A Sistemas De Primer Orden. _________________ 41 3.6.5.1 Constantes de Tiempo para Sistemas de Primer Orden ________ 42 3.6.6 Respuesta Paso A Sistemas De Segundo Orden. ________________ 43 3.6.7 Especificaciones en el dominio temporal de los sistemas de segundo orden. ______________________________________________________ 45 3.7 MODELOS _________________________________________________ 45 3.7.1 Clases De Modelos De Sistemas. ____________________________ 46 3.7.2 Proceso De Modelización. __________________________________ 46 3.7.3 Métodos Para Obtener Un Modelo. __________________________ 46 3.8 CONSTRUCCIÓN DE MODELOS ______________________________ 48 3.8.1 Señales De Prueba Típicas. ________________________________ 48 3.8.2 Estabilidad Absoluta, Estabilidad Relativa Y Error En Estado Estacionario. _________________________________________________ 49 3.9 SEÑALES EN TIEMPO DISCRETO ______________________________ 50 3.9.1 Tiempo De Muestreo. _____________________________________ 50 3.9.2 Teorema Del Muestreo. ____________________________________ 50 3.9.2.1 Método Alternativo Tiempo de Muestreo Matlab. _____________ 50 3.9.3 Cuantificación De La Señal. _________________________________ 52 3.9.3 Transformada Z. _________________________________________ 53 3.9.4 Comportamiento De Los Sistemas En Tiempo Continúo Y Discreto. _ 53 3.10 IDENTIFICACION DE SISTEMAS DINAMICOS ___________________ 54 3.10.1 Modelos No Paramétricos Para Sistemas Lineales Invariantes En El Tiempo. _____________________________________________________ 54 3.10.2 IDENT (Toolbox de Matlab). _______________________________ 55 3.11 SISTEMAS DE CONTROL ____________________________________ 55 3.11.1 Clases De Sistemas De Control. ____________________________ 56 3.11.2 CONTROL ANÁLOGO ____________________________________ 57 3.11.3 Sistemas De Control Con Controlador Digital. __________________ 58 3.11.4 Comparativa Entre Control Análogo Frente Al Discreto. __________ 59 3.12 TIPOS DE CONTROLADORES ________________________________ 59 3.12.1 Controladores On-Off. ____________________________________ 59 3.12.2 El Controlador PID. ______________________________________ 60 3.12.2.1 Controlador PID discreto. ______________________________ 62 3.13 TÉCNICAS DE SINTONIZACIÓN PID ___________________________ 64 3.13.1 Métodos De Sintonización De Controladores Mediante Ziegler-Nichols (ZN). _______________________________________________________ 64 3.13.1.1 Primer método. ______________________________________ 64 3.13.1.2 Segundo método. ____________________________________ 65PregradoIngeniero(a) Electronic