UNIVERSIDAD DE LOS ANDES DEPARTAMENTO DE ING. ELÉCTRICA y ELECTRÓNICAIELE- 2300L LAB.ANALISIS SIST. CONTROL 2016-IPROFESORES: Alain Gauthier, Nicanor Quijano, Fernando Jiménez ASISTENTES LABORATORIO: Ángel Castro, Angélica Suárez, Camilo Pazmiño, Santiago Jiménez Última revisión: Enero 2016

PRACTICA DE LABORATORIO N° 2.1 – Control Proporcional Planta Quanser SRV02.

1. Objetivos

Familiarizarse con el software para adquisición de datos y control para plantas Quanser.

Validar el modelo teórico de un servomotor SRV02 de la marca Quanser. Identificar las entradas y salidas del servomotor SRV-02 Diseñar un controlador proporcional de posición angular para la planta Quanser

SRV02.

2. Equipos necesarios

Planta Quanser SRV02. Carga en forma de disco. Módulo de potencia UPM-1503 o amplificador lineal de potencia VoltPAQ-X1. Tarjeta de adquisición de datos Q4 o Q8-USB. Software Matlab-Simulink y QUARC. Cables de conexión.

3. PreinformeIncluir en el preinforme los conceptos pre-laboratorio y el trabajo pre-laboratorio.

4. Conceptos Pre-laboratorio

4.1. Enumerar y dar una pequeña descripción de los elementos que componen una planta Quanser SRV-02.

4.2. Que es un encoder y cuál es su función en un servomotor. Cuáles son las características y especificaciones del encoder que tiene el SRV-02.

4.3. Buscar la ficha técnica del motor DC con la cual está equipada la planta Quanser SRV02. Identificar voltajes, corrientes y frecuencias de operación.

5. Trabajo Pre-laboratorio

5.1. La función de transferencia del servomotor es:θ ( s)v i (s )

= 60s ( s+40 )

× radvolts

5.2. Diseñe un controlador proporcional tal que el overshoot sea del 5%. Para esto siga las siguientes instrucciones:

Halle la función de transferencia de lazo cerrado, del sistema de control en la figura 1. La cual es una función de segundo orden con la siguiente forma:

θ (s )Ref ( s )

=ωn

2

s2+2 ζ ωn s+ωn2

Figura 1 Lazo de control proporcional

Calcular el valor de cita para un overshoot del 5%. Tener en cuenta que el porcentaje de overshoot en un sistema de segundo orden está dado por:

De esta expresión se puede despejar ζ así:

5.3. Una vez hallado el valor de la constante proporcional, calcule el error en estado estacionario.

5.4. Realice simulaciones. Grafique la entrada escalón unitario y en el mismo plot grafique θ (t ). ¿Cuál es el error en estado estacionario?, compárelo con el calculado en el punto anterior. ¿Es el overshoot del 5%? ¿Cuál es el tiempo de establecimiento? Grafique la señal de control (Vin)

6. Conexiones6.1. Identificar la tarjeta de adquisición asignada por el personal de laboratorio, si

es la tarjeta Q4 seguir los pasos en el numeral 6.2. Si la tarjeta de adquisición es la Q8 seguir los pasos en el numeral 6.3.

6.2. Conexiones entre la planta SRV-02, el módulo de potencia UPM-1503 y la tarjeta de adquisición de datos Q4 (Figura 1). Conecte el servomotor SRV-02 con el módulo de potencia UPM-1503, del

puerto motor al puerto to load con el cable 4-pin-DIN y 6-pin-DIN. Conecte el servomotor SRV-02 con el módulo de potencia UPM-1503, del

puerto tach al puerto S3 con el cable 6-pin-mini-DIN y 6-pin-mini-DIN. Conecte el servomotor SRV-02 con el módulo de potencia UPM-1503, del

puerto S1 & S2 al puerto S1 & S2 con el cable 6-pin-mini-DIN y 6-pin-mini-DIN.

Conecte el servomotor SRV-02 con la tarjeta de adquisición Q4, del puerto Encoder al puerto Encoders 0 con el cable 5-pin-DIN y 5-pin-DIN.

Conecte el módulo de potencia UPM-1503 con la tarjeta de adquisición Q4, del puerto From D/A al puerto Analog Output 0 con el cable 5-pin-DIN y RCA.

Conecte el módulo de potencia UPM-1503 con la tarjeta de adquisición Q4, del puerto To A/D al puerto Analog Input (amarillo-0, Blanco-1, Rojo-2, Negro-3) con el cable 5-pin-DIN y RCAx4.

Figura 1: Conexiones entre la planta SRV-02, el módulo de potencia UPM-1503 y la tarjeta de adquisición de datos Q4.

6.3. Conexiones entre la planta SRV-02, el amplificador lineal de potencia VoltPAQ-X1 y la tarjeta de adquisición de datos Q8-USB (Figura 2).

Conecte el servomotor SRV-02 con el amplificador lineal de potencia VoltPAQ-X1, del puerto motor al puerto to load con el cable 4-pin-DIN y 6-pin-DIN.

Conecte el servomotor SRV-02 con el amplificador lineal de potencia VoltPAQ-X1, del puerto tach al puerto S3 con el cable 6-pin-mini-DIN y 6-pin-mini-DIN.

Conecte el servomotor SRV-02 con el amplificador lineal de potencia VoltPAQ-X1, del puerto S1 & S2 al puerto S1 & S2 con el cable 6-pin-mini-DIN y 6-pin-mini-DIN

Conecte el servomotor SRV-02 con la tarjeta de adquisición Q8-USB, del puerto Encoder al puerto Encoders 0 con el cable 5-pin-DIN y 5-pin-DIN

Conecte el amplificador lineal de potencia VoltPAQ-X1 con la tarjeta de adquisición Q8-USB, del puerto Amplifier Command al puerto Analog Output 0 con el cable RCA y RCA

Conecte el amplificador lineal de potencia VoltPAQ-X1 con la tarjeta de adquisición Q8-USB, del puerto To ADC al puerto Analog Input (amarillo-0, Blanco-1, Rojo-2, Negro-3) con el cable 5-pin-DIN y RCAx4

Figura 2: Conexiones entre la planta SRV-02, el amplificador lineal de potencia VoltPAQ-X1 y la tarjeta de adquisición de datos Q8-USB.

7. Adquisición y generación de señalesEn esta sección del laboratorio, aprenderá a adquirir y generar señales por medio de Simulink. Más específicamente, aprenderá a aplicar un voltaje al motor y a adquirir la señal de posición del motor la cual es la variable que se quiere controlar.

7.1. Abra MatLab, posteriormente Simulink y cree un nuevo modelo.7.2. Despliegue la librería QUARC Targets, busque Data Acquisition - Generic -

Configuration y seleccione el elemento de inicialización de las tarjetas Quanser HIL Initialize. Luego de haberlo insertadoen el modelo recien creado, de doble click sobre él y seleccione la tarjeta con la cual está trabajando (Q4 o Q8-USB).

7.3. Ahora busque la ruta QUARC Targets - Data Acquisition - Generic - Immediate I/O. Añada el elemento HIL Write Analog el cual le permitirá enviar una señal de control al motor. (Para probarlo use un generador de señales).

7.4. Desde la barra menú de Simulink seleccione QUARC - Set Default Options, esto para ajustar los parámetros del real time workshop y configurar el modelo de Simulink para uso externo.

7.5. Ahora para la adquisición de señales (en este caso la lectura del _ángulo proveniente del potenciómetro del SRV02) ubique en QUARC Targets - Data - Adquisition - Generic – Timebases el bloque HIL Read. Al dar doble click se selecciona el canal deseado para realizar la lectura.

7.6. Para poner a funcionar un código es necesario compilarlo primero (QUARC - Build), y posteriormente (QUARC - Start).

8. Procedimiento de laboratorio

8.1. Construir en Simulink el diagrama de bloques que se observa en la figura 3. Este diagrama genera mediante el bloque STEP una señal constante de voltaje al motor, la cual es enviada al motor mediante el bloque HIL WRITE ANALOG, en este caso se debe configurar el STEP para enviar una señal de 3V. Para expandir las salidas del bloque HIL READ TIMEBASE se le da doble click y se seleccionan los canales análogos 0-3 y el canal Encoder 0. Usar bloques SCOPE para observar las señales en cada uno de los canales análogos.

Figura 3. Código para generar y adquirir datos

8.2. El canal a0 muestra la posición angular del disco del servomotor, mediante un potenciómetro. Cuando el motor gira se observa en este canal una señal tipo diente de sierra que varía de -5V a +5V, acondicione esta señal para que cambie de 0-360. Implemente y compruebe el resultado.

8.3. El canal e0 también muestra la posición angular, mediante un encoder, la señal de posición enviada del motor cambia en -4096 unidades cada vez que el motor gira 1 vuelta. Acondicionar esta señal para que cada vez que el motor gire una vuelta, la posición angular aumente en 2π.

8.4. La función de transferencia del servomotor está dada por(las unidades de la función de transferencia son radianes/voltios):

θ (s )V i ( s)

= 60s (s+40 )

Validar la función de transferencia con datos experimentales obtenidos de la planta. (Usar Simulink para simular el comportamiento del motor con la función de transferencia).

8.5. Implemente el controlador diseñado en el numeral 5 en las plantas Quanser y compare los resultados obtenidos con los valores hallados teóricamente y por medio de simulación.

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