Puentes De Grua 1
Páginas: 7 (1506 palabras)
Publicado: 14 de julio de 2011
UNR - Ingeniería
Departamento de Electrónica
Cátedra D.S.F.
TP Puente Grua
A-702 Control I 1. Introducción
Código: TP_PG
E-504 Dinámica de los Sistemas Físicos
El estudio de la dinámica de sistemas físicos reales requiere de la utilización de técnicas avanzadas de modelización y de simulación. La variedad de fenómenos físicos involucrados en dichos sistemas exige el uso de unametodología estructurada para la obtención del modelo matemático. En este punto, los Diagramas de Enlace, o Bond Graphs [1,2], brindan una herramienta muy adecuada ya que permiten el acoplamiento de distintos subsistemas provenientes de diferentes dominios de la física y además constan de procedimientos metódicos para la obtención de los modelos correspondentes a cada uno de dichos subsistemas. Porotro lado, la complejidad de los modelos matemáticos resultantes, que incluyen habitualmente ecuaciones diferenciales no lineales de alto orden, rígidas y con presencia de singularidades estructurales, torna impresicindible la utilización de técnicas avanzadas de simulación numérica. Estos problemas motivaron el desarrollo de múltiples herramientas informáticas para la modelización y simulación desistemas físicos con Bond Graphs. Entre las más conocidas se encuentran sin dudas 20Sim y Dymola, que permiten la simulación directa de los modelos Bond Graphs ingresados. Con el propósito de explotar las modernas herramientas de simulación que provee el ambiente Matlab/Simulink, se desarrolló en nuestra facultad un software de modelización de Bond Graphs llamado Power DynaMo [3,4], que además depermitir la edición gráfica, la parametrización y el análisis causal automático de Diagramas Mixtos, realiza en forma automática la conversión de los mismos en Diagramas de Bloques de Simulink para su simulación en dicho entorno. El objetivo de este trabajo práctico es entonces el de utilizar esta herramienta de software para resolver un problema complejo –estudiar la dinámica de un puente grúa-y familiarizar así al estudiante con la técnica de los Bond Graphs y con la utilización de Power DynaMo. Asímismo, se pretende afianzar diversos temas abordados anteriormentes, relacionados a la dinámica del motor de continua, a los métodos de integración, y al análisis de las limitaciones de los modelos entre otros. Finalmente, se dejarán entrever algunos conceptos elementales del control porrealimentación que quedarán abiertos para su discusión en asignaturas posteriores del área. 2. El sistema El sistema sobre el que se trabajará es un puente grúa impulsado por un motor de corriente continua con excitación independiente. Se considerará para esto sólamente el movimiento en un plano (ver Figura 1).
Figura 1. Esquema del Puente Grúa. Las hipótesis que se formularán para la construccióndel modelo son las siguientes: • • • El cable posee elasticidad, cuya ley se supondrá lineal. Tanto la carga como el carro están sometidos a rozamiento viscoso. El motor se acopla al carro mediante un sistema de transmisión ideal. 18/06/2002 DSF Código: TP_MCC Página 1 de 3
TP_PG.doc
Los parámetros del modelo se enumeran en la siguiente tabla. M (masa del carro) bM (coef. rozamiento en elcarro) m (masa de la carga) b (coef. rozamiento de la carga con el aire) k (coef. elasticidad del cable) c (const. de reducción del motor al carro) J (momento de inercia del motor) 1000 Kg 1e6 Nseg/m 4000 Kg 100 Ns/m 1e6 N/m 0.004 m/rad 15 Kg.m2 bJ (coef. rozamiento del motor) Ra (resistencia de armadura) Re (resistencia de exitación) La (inductancia de armadura) Uan (tensión de armadura nominal)Uen (tensión de excitación numinal) Km (Constante del motor) 1.1 N.m.seg 0.05Ω 25.2Ω 0.003Hy 460V 184V 0.016
La característica magnética del arrollamiento de excitación, en tanto, es la que se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Característica Magnética 3. Trabajo Previo Antes de concurrir al laboratorio, se deberá obtener un Diagrama Mixto del sistema, en el cual se distingan claramente el...
Departamento de Electrónica
Cátedra D.S.F.
TP Puente Grua
A-702 Control I 1. Introducción
Código: TP_PG
E-504 Dinámica de los Sistemas Físicos
El estudio de la dinámica de sistemas físicos reales requiere de la utilización de técnicas avanzadas de modelización y de simulación. La variedad de fenómenos físicos involucrados en dichos sistemas exige el uso de unametodología estructurada para la obtención del modelo matemático. En este punto, los Diagramas de Enlace, o Bond Graphs [1,2], brindan una herramienta muy adecuada ya que permiten el acoplamiento de distintos subsistemas provenientes de diferentes dominios de la física y además constan de procedimientos metódicos para la obtención de los modelos correspondentes a cada uno de dichos subsistemas. Porotro lado, la complejidad de los modelos matemáticos resultantes, que incluyen habitualmente ecuaciones diferenciales no lineales de alto orden, rígidas y con presencia de singularidades estructurales, torna impresicindible la utilización de técnicas avanzadas de simulación numérica. Estos problemas motivaron el desarrollo de múltiples herramientas informáticas para la modelización y simulación desistemas físicos con Bond Graphs. Entre las más conocidas se encuentran sin dudas 20Sim y Dymola, que permiten la simulación directa de los modelos Bond Graphs ingresados. Con el propósito de explotar las modernas herramientas de simulación que provee el ambiente Matlab/Simulink, se desarrolló en nuestra facultad un software de modelización de Bond Graphs llamado Power DynaMo [3,4], que además depermitir la edición gráfica, la parametrización y el análisis causal automático de Diagramas Mixtos, realiza en forma automática la conversión de los mismos en Diagramas de Bloques de Simulink para su simulación en dicho entorno. El objetivo de este trabajo práctico es entonces el de utilizar esta herramienta de software para resolver un problema complejo –estudiar la dinámica de un puente grúa-y familiarizar así al estudiante con la técnica de los Bond Graphs y con la utilización de Power DynaMo. Asímismo, se pretende afianzar diversos temas abordados anteriormentes, relacionados a la dinámica del motor de continua, a los métodos de integración, y al análisis de las limitaciones de los modelos entre otros. Finalmente, se dejarán entrever algunos conceptos elementales del control porrealimentación que quedarán abiertos para su discusión en asignaturas posteriores del área. 2. El sistema El sistema sobre el que se trabajará es un puente grúa impulsado por un motor de corriente continua con excitación independiente. Se considerará para esto sólamente el movimiento en un plano (ver Figura 1).
Figura 1. Esquema del Puente Grúa. Las hipótesis que se formularán para la construccióndel modelo son las siguientes: • • • El cable posee elasticidad, cuya ley se supondrá lineal. Tanto la carga como el carro están sometidos a rozamiento viscoso. El motor se acopla al carro mediante un sistema de transmisión ideal. 18/06/2002 DSF Código: TP_MCC Página 1 de 3
TP_PG.doc
Los parámetros del modelo se enumeran en la siguiente tabla. M (masa del carro) bM (coef. rozamiento en elcarro) m (masa de la carga) b (coef. rozamiento de la carga con el aire) k (coef. elasticidad del cable) c (const. de reducción del motor al carro) J (momento de inercia del motor) 1000 Kg 1e6 Nseg/m 4000 Kg 100 Ns/m 1e6 N/m 0.004 m/rad 15 Kg.m2 bJ (coef. rozamiento del motor) Ra (resistencia de armadura) Re (resistencia de exitación) La (inductancia de armadura) Uan (tensión de armadura nominal)Uen (tensión de excitación numinal) Km (Constante del motor) 1.1 N.m.seg 0.05Ω 25.2Ω 0.003Hy 460V 184V 0.016
La característica magnética del arrollamiento de excitación, en tanto, es la que se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Característica Magnética 3. Trabajo Previo Antes de concurrir al laboratorio, se deberá obtener un Diagrama Mixto del sistema, en el cual se distingan claramente el...
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