Diseño de motor controlado por PID

Control de Posición de un Servomecanismo de
Corriente Directa (dc)

1.

PLANTEAMIENTO GENERAL

Se pretende diseñar un sistema que controle la posición de un
servomotor de corriente directa. La figura 1 muestra el diagrama
de bloques del sistema de control.

Figura 1. Diagrama de bloques del sistema controlado

•
La señal de salida, y, corresponde a la salida
del terminal móvil delpotenciómetro. Si éste se alimenta con 5
voltios en sus terminales fijos (a y b), producirá un voltaje en su
terminal móvil (c) equivalente a su posición. Podemos decir
entonces que cuando produce 0 voltios esta en la posición
equivalente a 0 grados, 1.25 voltios corresponderá a 90 grados,
2.5 voltios a 180 grados, etc.

•
La señal de error, e, corresponde a la
diferencia entre la señalde referencia y la señal de salida. Por
ejemplo, si queremos que el motor alcance la posición de 90
grados colocamos una señal de referencia de 1.25 voltios y
esperamos dónde se ubica exactamente. Si se posiciona en 67.5
grados el potenciómetro entregará una señal de salida de 0.9375
voltios y la señal de error, e, será de 0.3125 voltios (22.5 grados).

•
La señal de control, u, correspondeal voltaje
producido por el controlador para disminuir o anular el error. Si la
señal de error es positiva indica que la referencia es mayor que la
salida real, entonces el controlador coloca un voltaje positivo al
motor para que continúe girando hasta minimizar o anular el
error. Si por el contrario la señal de error resulta negativa indica
que la salida sobrepasó la referencia entonces elcontrolador debe
poner un voltaje negativo para que el motor gire en sentido
contrario hasta minimizar o anular el error.

2.

IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROLADOR

A continuación se presenta el diagrama de los componentes que
conforman el controlador:

•
La señal de referencia, r, corresponde a la
posición deseada. Es decir, si queremos que el motor alcance la
posición 180 grados debemoscolocar una referencia de 2.5
voltios, si queremos 270 grados colocamos referencia de 3.75
voltios, etc.
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones - E³T

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
Escuela de Ingenierías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones - E³T
“Perfecta combinación entre energía e intelecto”

Figura 4.Controlador analógico.
Figura 2. Diagrama de los elementos que conforman el
controlador

C.

SENSOR

Para realizar la medición de la posición, se utiliza un
potenciómetro lineal acoplado al motor como se muestra en la
figura 5.

A. SUMADOR:
El sumador, o comparador, se puede construir con el amplificador
operacional LM741 conectado como muestra la figura 3, en la
cual se puede apreciarque el voltaje de salida (terminal 6) es
igual a la diferencia de los voltajes de entradas (aplicados a los
terminales 3 y 2), que en nuestro caso serán la referencia, r, y la
salida del potenciómetro y.

Figura 5. Sensor acoplado al motor
La función del potenciómetro es tomar la posición que le da el
motor y entregar una tensión que corresponda a la posición dada.
Esta tensión es lasalida que realimenta el sistema.

Figura 3. Amplificador LM741 conectado como sumador

B.

CONTROLADOR

La señal de control generada, u, será una señal de voltaje que
puede variar entre –V y +V dependiendo de la magnitud y
polaridad del error. Sin embargo, esta señal no tendrá la potencia
necesaria para mover el motor de cd por lo que se hace necesario
colocar un amplificador de potencia,que en nuestro caso se
implementará con dos transistores PNP y NPN.

Se debe tener en cuenta que el servo motor es un motor especial
al que se añade un sistema de control, un potenciómetro y un
conjunto de engranajes, que no permiten que el motor gire 360
grados, solo aproximadamente 180.
Aplicando 5 voltios continuos, se comenzó a girar el
potenciómetro desde la posición inicial, para...