motor

Manrique-Machado, Mora-Orozco y Arenas-Crespo (2013)

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Modelado, Diseño e Implementación del Control Analógico de
Velocidad para un Motor de CD
Sebastián MANRIQUE-MACHADO, Iván MORA-OROZCO, Oswaldo ARENAS-CRESPO
Universidad Pontificia Bolivariana, Mora Orozco, Cir. 1 #70-01, B11, Medellín, Colombia.
sebastian.manrique alfa.upb.edu.co
Resumen: El presente trabajo trata acerca deldiseño y la implementación de un control analógico de velocidad para
un motor de CD. Se presenta el modelado del motor de CD, el diseño del control PI, la implementación circuital
usando amplificadores operacionales y el diseño del transductor. El comportamiento adecuado puede verificarse
mediante un osciloscopio. Copyright © UPB 2013
Palabras clave: Control análogo, control PI, motor de CD,Matlab, modelado de sistemas.
Abstract: This work is about the design and implementation of an analogous speed control for a DC motor. The
modeling of the DC motor, the PI control design, the circuital implementation using operational amplifiers and the
transductor design, is presented. The appropriate behavior of the prototype is verified with an oscilloscope..
Keywords: analogous control, PIcontrol, DC motor, Matlab, System modelling.
UPB_autoArt 2013-07-19, s 2013-09-23

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Universidad Pontificia Bolivariana

Manrique-Machado, Mora-Orozco y Arenas-Crespo (2013)

1. INTRODUCCIÓN
El presente artículo expone el diseño y la implementación de un
control analógico de velocidad para un motor de CD, para lo cual
fue necesario dividir el trabajo en 5 partesfundamentalmente. La
primera de ellas consiste en la obtención del modelo del motor de
CD a controlar. Posteriormente, se presenta el diseño de los
controladores utilizando tanto el método del diagrama del lugar de
las raíces como el método de los diagramas de Bode. El
desempeño de los diseños se verificó mediante simulación en
Matlab. En la tercera parte se expone el diseño circuital delcontrolador, mediante el uso de amplificadores operacionales.
Subsuguientemente se muestra el diseño del transductor empleado
para medir la velocidad del motor mediante señales de voltaje, y
de esta forma lograr el acople controlador motor. Finalmente se
anexa video en el cual se presenta brevemente los resultados
obtenidos experimentalmente.
2. MODELADO DEL MOTOR DE CD
Los motores de C.D. gracias asus características son de fácil
controlabilidad, y por tal motivo son los motores predilectos a la
hora de realizar las tareas de control más complejas.
Los motores de CD pueden producir el campo magnético
necesario para su funcionamiento a través de electroimanes, o en
su defecto, mediante imanes permanentes. Éstos últimos son de
alta popularidad (Kuo, 1996), y en este caso son de fácilacceso lo

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cual permite desarrollar más fácilmente aplicaciones educativas
como es el presente caso.
Los motores de C.D. de imán permanente pueden clasificarse de
acuerdo con el tipo de diseño de la armadura de la siguiente
manera (Kuo, 1996):
•

De núcleo de Hierro

•

De devanado superficial

•

De bobina móvil

El modelo matemático del motor de CDde imán permanente se
puede llevar a cabo considerando al motor como un sistema del
tipo SISO (por sus siglas en inglés Single Input, Single Output),
en donde la entrada es el voltaje de alimentación, y mediante una
transformación de energía eléctrica en energía mecánica que
realiza el sistema, la salida de éste es una velocidad angular.
La conversión de energía antes mencionada, supone quese debe
acudir a ecuaciones tanto eléctricas como mecánicas, y a
ecuaciones que relacionen variables de ambos tipos. El circuito
básico a considerar se presenta en la Figura 1.
Aplicando LVK en el circuito mostrado en la Figura 1,
considerando un amortiguamiento por fricción en el eje del motor
y aplicando la segunda ley de Newton para sistemas rotacionales
se obtienen las dos ecuaciones...