maqueta

Maqueta de control PID con Arduino
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Con el motivo de la primera VirtualCamp (Julio 2011), el proyecto ha sido crear una maqueta de
control didáctica con un presupuesto de menos de 10 euros (Arduino no incluido). La idea fue hacer un
proyecto en 48h durante el fin de semana del 16-17 de Julio.
El proceso elegido es el control de temperatura. Para ello dos resistencias de potencia generanel calor y
un ventilador actua como control para la refrigeración. Un sensor resistivo de tipo NTC se encarga de
registrar la temperatura del habitáculo.
Se ha instalado el sensor de temperatura en medio de las resistencias de potencia para que el proceso
disponga de la menor inercia posible, y así se comporte más rápido ante cambios de la entrada.
Colaboradores del proyecto:
• Igor R.
•Alberto Yebra -> Interfaz gráfica en python para la visualización del proceso. [se ampliará este
proyecto con su trabajo].
• LeoBot (Manuel) -> Teoría control PID. [se ampliará este proyecto con su trabajo].

Componentes necesarios:
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Ventilador 12v usado para refrigeración de componentes en ordenadores.
Resistencias de potencia (47ohm) --> 2 unidades
Un sensortemperatura resistivo (NTC) + resistencia 3k pull up
Transistor Mosfet.
Diodo 1N4148.
Un recipiente.
Transformador externo para alimentación a 12v.

Los objetivos del proyecto usando Arduino han sido:
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4.

Creación física de la maqueta.
Control de un proceso usando un PID.
Captura de señal analógica.
Convertir la señal eléctrica a física mediante una tabla guardada en memoria deprograma
(flash) para evitar uso de RAM del microcontrolador.
5. Control carga de potencia mediante PWM.
6. Monitorización en el PC de resultados.

Veámos una foto de como ha quedado la maqueta:

Otra foto de la instalación del ventilador:

La instalación eléctrica necesaria es bastante sencilla. La podemos dividir en dos partes: control del
ventilador mediante transistor mosfet yadquisición de la temperatura mediante NTC.
A continuación, se puede observar un esquema de la conexión del ventilador. La salida utilizada en
Arduino es el pin 9 (PWM).

La salida de control PID es el tiempo encendido del ventilador. Es decir, el duty cycle de nuestro PWM.
Se ha modificado el registro del timer 1, que controla la frecuencia del pin 9, para que la frecuencia seaaproximadamente 32 kHz.
Veámos una captura real de la misma:

Un ventilador es una carga inductiva, por lo que es necesario añadir un diodo cómo indica la figura
anterior.
Para el caso del sensor NTC:

Para evitar resolver operaciones matemáticas en el microcontrolador, se ha creado una tabla de valores
obtenidos del conversor ADC del Arduino versus temperatura en grados centígrados.

Dicha tabla,será guardada en memoria de programa, evitando consumir memoria RAM
innecesariamente de nuestro Arduino.
Se observa que la respuesta de un sensor NTC no es lineal.
La NTC se ha situado entre las dos resistencias calentadoras. De esta forma, se consigue que el sistema
tenga menos inercia y su respuesta sea rápida.

CONTROL PID
El control Proporcional Integral Derivativo (PID) es mecanismode control mediante realimentación
negativa, el cual aplica una acción correctora al sistema para obtener el valor de consigna (Setpoint).
Existe multitud de recursos en internet acerca del mismo, por lo que aquí se verá desde el punto de
vista práctico. Por ejemplo, wikipedia dispone de una buena introducción.
El nuestro sistema:
• Set Point -> Temperatura de consigna del sistema. Elalgoritmo oscila entre dos temperaturas,
con el motivo de ver como se comporta ante cambios de la entrada. Es decir, es a la temperatura
que queremos que se encuentre nuesto recipiente.
• La realimentación o información de cómo se encuentra el sistema, es adquirida por la NTC.
• El actuador es el ventilador, el cual regulamos su velocidad mediante modulación de ancho de
pulsos (PWM).
Para la...