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Instituto Tecnológico de Querétaro
Departamento de Ingeniería Eléctrica
y Electrónica
Guía de Prácticas de Laboratorio
Materia: Control Digital
Laboratorio de Ingeniería Electrónica
Santiago de Querétaro, Qro. Septiembre 2012
Elaboró
Ing. Agustín Barrera Navarro
Editora
Anayeli Sánchez Montoya
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Av. Tecnológico S/N, Esq. M. Escobedo, Col. Centro,
CP.76000 Tel: 2274400 ext. 4418
CONTENIDO PRÁCTICA No.1 IDENTIFICACIÓN, VALIDACIÓN Y DIGITALIZACIÓN DE LA
FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA DE UN MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA DE
IMÁN PERMANENTE EN EL DOMINIO DEL TIEMPO .................................................. 5
1. OBJETIVO .................................................................................................................. 5
2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 5
3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 5
4. EQUIPO Y MATERIALES ........................................................................................ 5
5. METODOLOGÍA ........................................................................................................ 5
PRÁCTICA No.2 DISCRETIZACIÓN DE REGULADORES CONTINUOS ..................... 7
1. OBJETIVO .................................................................................................................. 7
2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 7
3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 7
4. EQUIPO Y MATERIALES ........................................................................................ 7
5. METODOLOGÍA ........................................................................................................ 7
PRÁCTICA No.3 DISCRETIZACIÓN DE REGULADORES CONTINUOS SOBRE UNA
PLANTA DE CONTROL DE NIVEL DE LÍQUIDO ........................................................... 9
1. OBJETIVO .................................................................................................................. 9
2. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 9
3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 9
4. EQUIPO Y MATERIALES ........................................................................................ 9
5. METODOLOGÍA ........................................................................................................ 9
PRÁCTICA No.4 REGULADORES PID DISCRETOS PARA CONTROL DE
VELOCIDADCON DAQ ..................................................................................................... 11
1. OBJETIVO ................................................................................................................ 11
2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 11
3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 11
4. EQUIPO Y MATERIALES ...................................................................................... 11
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 11
PRÁCTICA No.5 REGULADORES PID DISCRETOS PARA CONTROL DEFLUJO
CON COMPACT FIELDPOINT ......................................................................................... 13
1. OBJETIVO ................................................................................................................ 13
2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 13
3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 13
4. EQUIPO Y MATERIALES ...................................................................................... 13
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 13
PRÁCTICA No.6 REGULADORES PID DISCRETOS PARA CONTROL DE
TEMPERATURA CON COMPACT FIELDPOINT ........................................................... 15
1. OBJETIVO ................................................................................................................ 15
2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 15
3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 15
4. EQUIPO Y MATERIALES ...................................................................................... 15
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 15
PRÁCTICA No.7 CONTROL POR REDES NEURONALES ESTATICAS
MONOVARIABLES PARA REGULACIÓN DE TEMPERATURA CON COMPACT
FIELDPOINT ....................................................................................................................... 17
1. OBJETIVO ................................................................................................................ 17
2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 17
3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 17
4. EQUIPO Y MATERIALES ...................................................................................... 17
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 17
PRÁCTICA No.8 FILTROS DIGITALES IIR .................................................................... 19
1. OBJETIVO ................................................................................................................ 19
2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 19
3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 19
4. EQUIPO Y MATERIALES ...................................................................................... 19
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 19
PRÁCTICA No.9 FILTROS DIGITALES FIR ................................................................... 20
1. OBJETIVO ................................................................................................................ 20
2. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 20
3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 20
4. EQUIPO Y MATERIALES ...................................................................................... 20
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 20
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE QUERÉTARO
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
MATERIA: CONTROL DIGITAL
CLAVE DE LA MATERIA: ETF-1007
PRÁCTICA No. 1
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PRÁCTICA No.1. IDENTIFICACIÓN, VALIDACIÓN Y
DIGITALIZACIÓN DE LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA
DE UN MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA DE IMÁN
PERMANENTE EN EL DOMINIO DEL TIEMPO
No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA:
1. OBJETIVO El estudiante comprenderá la utilidad que tienen los métodos de identificación paramétrica
en el dominio del tiempo sobre el modelado basado en leyes físicas de sistemas LTI y la
desratización de sistemas continuos.
2. INTRODUCCIÓN N/A
3. MARCO TEÓRICO N/A
4. EQUIPO Y MATERIALES Motor de CD de Imán Permanente
Convertidor de Frecuencia a Voltaje LM2907 y circuitería anexa
Encoder
Circuito Sujetador
Transistor TIP 120 o equivalente
Amplificadores Operacionales
Lm555
Osciloscopio con puerto USB y dos Puntas
Fuente de Alimentación
Excel
Matlab
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica
5.1.1Construir Un circuito para medir la velocidad del motor de CD utilizando los
componentes indicados en el apartado Materiales.
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PRÁCTICA No. 1
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5.1.2 Realizar un Barrido de voltajes para obtener la curva de Velocidad- Voltaje del
motor.
5.1.3 Aplicar Una señal de Entrada de Tipo Escalón de un valor tal que se encuentre en
la parte central de la zona más lineal de la curva de respuesta Velocidad- Voltaje del
motor de CD.
Paralelamente, realizar la medición del voltaje de entrada al motor y el voltaje de salida del
convertidor de frecuencia voltaje (velocidad) en cada canal del osciloscopio.
5.1.4 Detener la captura de la Información antes de que el trazo en la pantalla del
osciloscopio termine. Es necesario asegurarse que el sistema ha estabilizado.
5.1.5 Guardar la información del osciloscopio en la USB, exportar a Excel y realizar la
identificación continua y discreta de la forma indicada en Clase.
5.1.6 Validar el modelo mediante simulación y prueba del sistema Físico.
5.1.7 Concluir sobre los siguientes aspectos
- Función de Transferencia identificada y tipo
- Validación vía simulación y Práctica
- Constantes de Tiempo del sistema
- Ganancia Estática
- Retardo
- Tiempo de Asentamiento
- Determinación de No linealidades del sistema
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PRÁCTICA No. 2
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PRÁCTICA No.2. DISCRETIZACIÓN DE REGULADORES
CONTINUOS
No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA:
1. OBJETIVO El estudiante aplicara y comprobara en la práctica, los métodos de desratización o
digitalización de reguladores continuos.
2. INTRODUCCIÓN N/A
3. MARCO TEÓRICO N/A
4. EQUIPO Y MATERIALES Amplificadores Operacionales
Osciloscopio con dos Puntas
Fuente de Alimentación
Matlab.
LabVIEW 8.2 o superior.
Tarjeta DAQ NI USB 6008 o 6009.
Micro controlador16F877.
Cristal de 20MHz.
Capacitores de 22pF.
Protoboard.
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Se tiene el sistema continuo de segundo orden subamortiguado con ganancia K = 1,
tiempo de pico tp=100ms y sobrepaso Mp = 20%, implementado con amplificadores
operacionales. Se requiere lo siguiente:
5.1.1 Realizar el diseño del regulador continuo más sencillo que permita obtener un
tiempo de pico tp =80 ms y sobrepaso Mp = 15% en el sistema en lazo cerrado.
Discretizar el regulador obtenido en el apartado anterior por el método de Tustin y
ZOH e implementarlo en un micro controlador 16F877.
5.1.2 Realizar la implementación del controlador en LabVIEW.
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PRÁCTICA No. 2
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5.1.3 Evaluar el desempeño de cada uno de los controladores utilizando lo siguiente:
-Prueba ante entrada de tipo escalón de 1Volt con captura de información en osciloscopio.
-Prueba Ante las condiciones mencionadas utilizando simulación en Simulink de Matlab.
5.1.4 Concluir acerca de los resultados teóricos y prácticos obtenidos, considerando la
forma de implementación y los métodos utilizados.
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PRÁCTICA No. 3
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PRÁCTICA No.3. DISCRETIZACIÓN DE REGULADORES
CONTINUOS SOBRE UNA PLANTA DE CONTROL DE
NIVEL DE LÍQUIDO
No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA:
1. OBJETIVO El estudiante aplicara y comprobara en la práctica, los métodos de discretización o
digitalización de reguladores continuos aplicado a la planta de Nivel de Liquido
LeyboldDidactic.
2. INTRODUCCIÓN N/A
3. MARCO TEÓRICO N/A
4. EQUIPO Y MATERIALES Amplificadores Operacionales
Planta de Control LeyboldDidactic (Comprar Equipo).
Osciloscopio con dos Puntas
Fuente de Alimentación
Matlab.
LabVIEW 8.2 o superior.
Tarjeta DAQ NI USB 6008 o 6009.
Micro controlador16F877.
Cristal de 20MHz.
Capacitores de 22pF.
Protoboard.
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica
5.1.1Realizar el diseño del regulador continuo más sencillo que permita obtener un
tiempo de pico tp =20s y sobrepaso Mp = 15% en el sistema en lazo cerrado. Discretizar
el regulador obtenido en el apartado anterior por el método de Tustin y ZOH e
implementarlo en un micro controlador 16F877.
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PRÁCTICA No. 3
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5.1.2 Realizar la implementación del controlador en LabVIEW.
5.1.3 Evaluar el desempeño de cada uno de los controladores utilizando lo siguiente:
-Prueba ante entrada de tipo escalón de 1Volt con captura de información en osciloscopio.
-Prueba Ante las condiciones mencionadas utilizando simulación en Simulink de Matlab.
5.1.4 Concluir acerca de los resultados teóricos y prácticos obtenidos, considerando la
forma de implementación y los métodos utilizados.
5.2 Diagramas o dibujo
Equipo de Control de Nivel
Fig. 3.1 Equipo de control de nivel
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MATERIA: CONTROL DIGITAL
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PRÁCTICA No. 4
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PRÁCTICA No.4. REGULADORES PID DISCRETOS PARA
CONTROL DE VELOCIDADCON DAQ
No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA:
1. OBJETIVO El estudiante aplicara y comprobara en la práctica, los métodos de diseño e implementación
de controladores P-I-D para regular la planta de control de velocidad del
móduloLeyboldDidactic.
2. INTRODUCCIÓN N/A
3. MARCO TEÓRICO N/A
4. EQUIPO Y MATERIALES Amplificadores Operacionales
Planta de Control LeyboldDidactic (Comprar Equipo).
Osciloscopio con dos Puntas
Fuente de Alimentación
Matlab.
LabVIEW 8.2 o superior.
Tarjeta DAQ NI USB 6008 o 6009.
Protoboard.
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Para el control de velocidad del motor de continua del móduloLeyboldDidactic (Fig. 4.1):
Obtener los reguladores de tipo PI o PID, para conseguir cumplir las condiciones en los dos
casos siguientes:
5.1.1 Un tiempo de pico tp =0,49 s, un Mp = 15% y un error nulo en estado estable.
5.1.2 Realizar la implementación del controlador en LabVIEW.
5.1.3 Evaluar el desempeño de cada uno de los controladores utilizando lo siguiente:
-Prueba ante entrada de tipo escalón de 1Volt con captura de información en osciloscopio.
-Prueba Ante las condiciones mencionadas utilizando simulación en Simulink de Matlab.
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PRÁCTICA No. 4
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5.1.4 Concluir acerca de los resultados teóricos y prácticos obtenidos, considerando la
forma de implementación y los métodos utilizados.
5.2 Diagramas o dibujo
Fig. 4.1Control de velocidad del motor de continua del módulo LeyboldDidactic
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MATERIA: CONTROL DIGITAL
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PRÁCTICA No. 5
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PRÁCTICA No.5. REGULADORES PID DISCRETOS PARA
CONTROL DEFLUJO CON COMPACT FIELDPOINT
No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA:
1. OBJETIVO El estudiante aplicara y comprobara en la práctica, los métodos de diseño e implementación
de controladores P-I-D para regular la planta de control de Flujo del
móduloLeyboldDidactic.
2. INTRODUCCIÓN N/A
3. MARCO TEÓRICO N/A
4. EQUIPO Y MATERIALES Amplificadores Operacionales
Planta de Control LeyboldDidactic (Comprar Equipo).
Osciloscopio con dos Puntas
Fuente de Alimentación
Matlab.
LabVIEW 8.2 o superior.
Compact Field Point de NI...
Protoboard.
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Para el control de flujo móduloLeyboldDidactic (Fig. 5.1):
Obtener los reguladores de tipo PI o PID, para conseguir cumplir las condiciones en los dos
casos siguientes:
5.1.1 Un tiempo de pico tp =2 s, un Mp = 15% y un error nulo en estado estable.
5.1.2 Realizar la implementación del controlador en LabVIEW.
5.1.3 Evaluar el desempeño de cada uno de los controladores utilizando lo siguiente:
-Prueba ante entrada de tipo escalón de 1Volt con captura de información en osciloscopio.
-Prueba Ante las condiciones mencionadas utilizando simulación en Simulink de Matlab.
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PRÁCTICA No. 5
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5.1.4 Concluir acerca de los resultados teóricos y prácticos obtenidos, considerando la
forma de implementación y los métodos utilizados.
5.2 Diagramas o dibujo
Fig. 5.1Control de flujo módulo LeyboldDidactic
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PRÁCTICA No. 6
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PRÁCTICA No.6. REGULADORES PID DISCRETOS PARA
CONTROL DE TEMPERATURA CON COMPACT
FIELDPOINT
No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA:
1. OBJETIVO El estudiante aplicara y comprobara en la práctica, los métodos de diseño e implementación
de controladores P-I-D para regular la planta de control de Temperatura del módulo
LeyboldDidactic.
2. INTRODUCCIÓN N/A
3. MARCO TEÓRICO N/A
4. EQUIPO Y MATERIALES - Amplificadores Operacionales
- Planta de Control LeyboldDidactic (Comprar Equipo).
- Osciloscopio con dos Puntas
- Fuente de Alimentación
- Matlab.
- LabVIEW 8.2 o superior.
- Compact Field Point de NI...
- Protoboard.
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Para el control de Temperatura del móduloLeyboldDidactic y el Compact
FieldPoint:
Obtener los reguladores de tipo PI o PID, para conseguir cumplir las condiciones en los dos
casos siguientes:
5.1.1 Un tiempo de pico tp =2 s, un Mp = 15% y un error de +/- 2°C en estado estable.
5.1.2 Realizar la implementación del controlador en LabVIEW.
5.1.3 Evaluar el desempeño de cada uno de los controladores utilizando lo siguiente:
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MATERIA: CONTROL DIGITAL
CLAVE DE LA MATERIA: ETF-1007
PRÁCTICA No. 6
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-Prueba ante entrada de tipo escalón de 1Volt con captura de información en
osciloscopio.
-Prueba Ante las condiciones mencionadas utilizando simulación en Simulink de
Matlab.
5.1.4 Concluir acerca de los resultados teóricos y prácticos obtenidos, considerando la
forma de implementación y los métodos utilizados.
5.2 Diagramas o dibujo
Fig. 6.1
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MATERIA: CONTROL DIGITAL
CLAVE DE LA MATERIA: ETF-1007
PRÁCTICA No. 7
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PRÁCTICA No.7. CONTROL POR REDES NEURONALES
ESTÁTICAS MONOVARIABLES PARA REGULACIÓN DE
TEMPERATURA CON COMPACT FIELDPOINT
No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA:
1. OBJETIVO El estudiante, aplicara la estrategia de control inteligente basada en redes Neuronales
embebida en el Controlador en tiempo real Compact Field Point, para regular la
Temperatura del móduloLeyboldDidactic.
2. INTRODUCCIÓN N/A
3. MARCO TEÓRICO N/A
4. EQUIPO Y MATERIALES Amplificadores Operacionales
Planta de Control LeyboldDidactic (Comprar Equipo).
Osciloscopio con dos Puntas
Fuente de Alimentación
Matlab.
LabVIEW 8.2 o superior.
Compact Field Point de NI...
Protoboard.
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Para el control de Temperatura del móduloLeyboldDidactic y el Compact
FieldPoint:
Diseñar un controlador Neuronal mono variable estático, el cual se entrenara con los errores
de regulación e (t), e (t-1) y e (t-2).
Considerando lo anterior, dimensionar la red neuronal para cumplir con lo siguiente:
5.1.1 Un tiempo de pico tp =2 s, un Mp = 15% y un error de +/- 2°C en estado, estable.
5.1.2 Realizar la implementación del controlador en LabVIEW-Compact FieldPoint.
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MATERIA: CONTROL DIGITAL
CLAVE DE LA MATERIA: ETF-1007
PRÁCTICA No. 7
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5.1.3 Evaluar el desempeño del controlador utilizando lo siguiente:
-Prueba ante entrada de tipo escalón de 1Volt con captura de información en osciloscopio.
-Determinar el orden de los pesos sinápticos.
-Realizar Simulación en Archivo de extensión m.
5.1.4 Concluir acerca de los resultados teóricos y prácticos.
5.2 Diagramas o dibujo
Fig. 7.1
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MATERIA: CONTROL DIGITAL
CLAVE DE LA MATERIA: ETF-1007
PRÁCTICA No. 8
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PRÁCTICA No.8. FILTROS DIGITALES IIR No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA:
1. OBJETIVO El estudiante, aplicara los métodos de diseño e implementación de filtros digitales IIR para
procesamiento de señales.
2. INTRODUCCIÓN N/A
3. MARCO TEÓRICO N/A
4. EQUIPO Y MATERIALES Micro controlador 18F4550
ADC de 8 bits
Osciloscopio con dos Puntas
Fuente de Alimentación
Generador de Funciones
Matlab.
Protoboard.
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Diseñar un Filtro Digital Butterworth de orden 3 IIR paso bajo con frecuencia de corte de
100Hz e implementarlo en el micro controlador Usando:
5.1.1 Método analítico visto en Clase.
5.1.2 Software.
5.1.3 Realizar la evaluación del Filtro utilizando simulación y en la práctica con un
generador de funciones.
5.1.4 Concluir acerca de los resultados y realizar una comparación entre este tipo de
filtro y uno analógico.
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CLAVE DE LA MATERIA: ETF-1007
PRÁCTICA No. 9
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PRÁCTICA No.9. FILTROS DIGITALES FIR No. DE ALUMNOS: DURACIÓN DE LA PRÁCTICA:
1. OBJETIVO El estudiante, aplicara los métodos de diseño e implementación de filtros digitales FIR para
procesamiento de señales.
2. INTRODUCCIÓN N/A
3. MARCO TEÓRICO N/A
4. EQUIPO Y MATERIALES Micro controlador 18F4550
ADC de 8 bits
Osciloscopio con dos Puntas
Fuente de Alimentación
Generador de Funciones
Matlab.
Protoboard.
5. METODOLOGÍA
5.1 Pasos a seguir para la realización de la práctica Diseñar un Filtro Digital Butterworth de orden 30 FIR paso bajo universal con frecuencia
de corte normalizada de .1 e implementarlo en el micro controlador usando:
5.1.1 Método analítico visto en Clase.
5.1.2 Software.
5.1.3 Realizar la evaluación del Filtro utilizando simulación y en la práctica con un
generador de funciones.
5.1.4 Concluir acerca de los resultados y realizar una comparación entre este tipo de
filtro y uno analógico.