Sistemas De Control De Motores En Tiempo Real Mediante Matlab
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Sistemas de control de motores en Tiempo Real mediante Matlab Memoria Técnica TITULACIÓN: Enginyeria Automàtica i Electrònica Industrial (1998) AUTOR: Augusto Cilento DIRECTOR: Enric Vidal FECHA: Febrero 2007. Tengo que agradecer mucho en el transcurso de este largo trayecto, ya que he tenido otras ocupaciones que me han absorbido por completo además del presente proyecto. Es por ello que sería injusto no reconocer el apoyo de aquellos que han estado conmigo, codo con codo. Gracias a Alberto por todos los conocimientos profesionales que has compartido conmigo y la amistad demostrada. A mi tutor Enric por la paciencia y la fe depositada en mí. A mi trainer y hermano Renato por su disponibilidad y buenos consejos. A mi madre Anna por su apoyo incondicional. Y a todos aquellos que no aparecen, pero que me han tenido que padecer, sinceramente gracias. La tarea de un hombre es sencilla. No debe permitir que su existencia se convierta en un accidente casual. Nietzsche Índice 1. Introducción................................................................................................................... 6 2. Objetivos........................................................................................................................ 6 3. Memoria descriptiva...................................................................................................... 7 3.1. Introducción a MATLAB...................................................................................... 7 3.2. Entorno en tiempo real con MATLAB.................................................................. 7 3.2.1. Real Time Windows Target ........................................................................... 7 3.2.2. Real-Time Windows Kernel ........................................................................... 8 3.2.3. Aplicación Real-Time .................................................................................... 9 3.2.4. Análisis y adquisición de señales .................................................................. 9 3.2.5. Ajuste de parámetros ..................................................................................... 9 3.2.6. Entorno del hardware .................................................................................. 10 3.2.6.1. Compatibilidad del PC ........................................................................ 10 3.2.6.2. Soporte del driver de entrada/salida ................................................... 10 3.2.7. Entorno del software ................................................................................... 11 3.2.7.1. Simulación en tiempo no real .............................................................. 11 3.2.7.2. Ejecución en tiempo real ..................................................................... 11 3.2.8. Simulink en modo externo ............................................................................ 12 3.2.9. Buffers y transferencia de datos .................................................................. 12 3.3. Elementos físicos de la aplicación en Tiempo Real ............................................ 12 3.3.1. PC ................................................................................................................ 13 3.3.1.1. Placa de adquisición de datos ............................................................. 14 3.3.1.1.1. Sensores y actuadores ......................................................................... 14 3.3.1.1.2. Hardware de adquisición de datos ...................................................... 14 3.3.1.1.3. Hardware de acondicionamiento de la señal ...................................... 15 3.3.1.1.4. La computadora ................................................................................... 15 3.3.1.1.5. Software ............................................................................................... 15 3.3.1.1.6. Hardware de la adquisición de datos .................................................. 15 3.3.1.1.6.1. Descripción de la placa de adquisición de datos NI-6024-E.............. 15 3.3.1.1.6.2. Conexión Entrada/Salida .................................................................... 16 3.3.1.1.6.3. Características del bus PCI ................................................................. 19 3.3.2. Driver del Motor CC ................................................................................... 21 3.3.2.1. Microcontrolador ................................................................................ 21 3.3.2.2. GAL (Gate Array Logic) ...................................................................... 22 3.3.2.3. Puente en H ......................................................................................... 22 3.3.2.4. Cuadrantes de trabajo de un motor ..................................................... 22 3.3.2.5. Pulse Width Modulation ...................................................................... 23 3.3.3. Motor de corriente continua ........................................................................ 24 3.3.3.1. Excitación independiente ..................................................................... 25 3.3.3.2. Determinación de la constante K· Φ .................................................... 27 3.3.3.3. Placa de características del motor de corriente continua .................. 27 3.3.4. Modulo de Control ...................................................................................... 28 3.3.5. Fuente de Alimentación Variable ................................................................ 33 3.4. Elementos de Software........................................................................................ 34 3.4.1. Herramienta GUIDE ................................................................................... 34 3.4.1.1. Paleta de componentes ........................................................................ 37 3.4.1.2. Iconos varios ....................................................................................... 37 3.4.2. Estructura de los gráficos en MATLAB ....................................................... 37 3.4.2.1. Jerarquía de MATLAB ........................................................................ 37 3.4.2.2. Identificadores (handles) ..................................................................... 38 3.4.2.3. Propiedades de los objetos .................................................................. 38 i Índice 4. Memoria de cálculo ..................................................................................................... 39 4.1. Configuración de los elementos Hardware.......................................................... 39 4.1.1. Esquema de conexionado ............................................................................ 39 4.1.2. Tabla de conexiones .................................................................................... 40 4.2. Configuración elementos de Software................................................................. 41 4.2.1. Instalación MATLAB ................................................................................... 41 4.2.2. Instalación Compilador ............................................................................... 42 4.2.3. Configuración Compilador ......................................................................... 42 4.2.4. Instalación del Kernel Real-Time Windows Target .................................... 44 4.2.5. Obtención de información de estado del kernel .......................................... 44 4.3. Modelado de la planta.......................................................................................... 45 4.3.1. Discretización de la planta .......................................................................... 48 4.3.1.1. Frecuencia de muestreo ....................................................................... 48 4.3.1.2. Efecto aliasing ..................................................................................... 49 4.3.1.3. Funciones de transferencia discretas .................................................. 50 4.4. Diseño de controladores ...................................................................................... 50 4.4.1. Controlador P .............................................................................................. 52 4.4.2. Controlador PI ............................................................................................ 57 4.4.3. Limitaciones en la frecuencia de muestreo ................................................. 59 4.5. Funcionamiento del interfaz gráfico.................................................................... 61 4.5.1. Elección del modelo de trabajo ................................................................... 62 4.5.1.1. Modelo en lazo cerrado con controlador y carga ............................... 62 4.5.1.2. Modelo en lazo abierto ........................................................................ 63 4.5.1.3. Modelo en lazo cerrado sin controlador y con carga ......................... 64 4.5.2. Parámetros de entrada ................................................................................ 65 4.5.3. Parámetros del controlador ........................................................................ 65 4.5.4. Parámetros de ejecución ............................................................................. 66 4.5.5. Visualización de gráficos ............................................................................ 66 4.5.5.1. Opciones para la visualización de datos de entrada/salida