estudio de un servomecanismo dc

DEPARTAMENTO DE AUTOMATIZACION Y CONTROL INDUSTRIAL
PRACTICAS DE CONTROL AUTOMATICO
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ESTUDIO DE UN SERVOMECANISMO DC
1 OBJETIVOS
-
Estudiar las características en lazo abierto y lazo cerrado del servomecanismo DC
denominado MOTOMATIC.
-
Identificar las señales que posee este prototipo de servomecanismo DC para su
control e implementar control de velocidad y control de posición.
2 FUNDAMENTO TEORICO
2.1 DESCRIPCION DEL SERVOMECANISMO MOTOMATIC
El servomecanismo MOTOMATIC consiste básicamente de los siguientes elementos:
1. Chasis
2. Riel: Para montaje de los componentes electromecánicos, e.g., motor-generador,
reductor de velocidad, carga inercial y potenciómetro de posición.
3. Sistema motor-generador DC con un eje común.
4. Unidad reductora de velocidad.
5. Disco para la aplicación de perturbaciones de carga.
6. Potenciómetro para realimentación de posición.
7. Chasis de medición con tacómetro, voltímetro y amperímetro.
8. Acoplamientos mecánicos.
9. Redes RC para compensación en cascada y paralelo.
El diagrama de bloques del servomecanismo se muestra en la figura 1. En donde el
amplificador lineal permite conectar redes de compensación en cascada o en paralelo.
El amplificador de potencia presenta una ganancia aproximada de 5 V/V y
usa
transistores de silicio en configuración complementaria, permitiendo así la inversión de
giro del motor.
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Figura 1. Diagrama de bloques del MOTOMATIC
Existe también un sistema de indicación de sobrecarga y protección de los componentes.
La máxima corriente de salida es 2.25 A, el indicador de sobrecarga se activa cuando la
corriente excede 1.5 A (e.g., al arrancar el motor).
Existen tres fuentes:  30 V para la etapa de potencia,  21 para entrada de referencia
paso, y  15 v para la etapa electrónica.
Un taco-generador y un potenciómetro lineal permiten realimentar las señales de
velocidad y posición, respectivamente.
Se dispone de un sistema de reducción de velocidad (i.e., amplificación de torque) que
utiliza bandas de transmisión.
!! Precauciones: A fin de evitar daños en el instrumento, debe observarse lo siguiente:
1.
No conectar señales externas directamente al amplificador operacional, sino, a
través de las resistencias del sumador.
2.
No usar el sistema de bandas de transmisión como amplificador de velocidad, sino,
siempre como reductor de velocidad.
3.
Cuando no se utiliza realimentación de posición, es conveniente desacoplar el
potenciómetro del eje del motor para no desgastar innecesariamente el
potenciómetro. La realimentación de posición y velocidad deben ser negativas para
evitar que el sistema sea inestable. En caso de inestabilidad, la velocidad del motor
puede llegar a valores que pueden dañar permanentemente los componentes del
servomecanismo.
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2.2 CONTROL DE VELOCIDAD Y POSICION DEL MOTOMATIC
Considere el diagrama de bloques en la figura 2. Este diagrama presenta el modelo
simplificado de un servomecanismo de posición. Los parámetros K, T1, T2, dependen de
las características del motor DC (e.g., resistencia e inductancia de armadura, constante e
torque, inercia del rotor, etc.), de igual forma Kg, Kp dependen de las características de
los sensores de velocidad y posición.
Figura 2. Diagrama de bloques de un servomecanismo
Asumiendo que se han determinado los parámetros del servosistema. Donde:
K1 = K2 = 10,
Kg = 0.1 V/rad/s,
1
= 1600 s-1 ,
T1
Kp = 5 V/rad,
N = 1/9
1
= 12 s-1
T2
La posición de los interruptores SW1 y SW2 determinan el modo de trabajo del sistema,
como se indica en la tabla 1.
SW1
SW2
Modo de Operación
Abierto
Abierto
Lazo abierto
Abierto
Cerrado
Control de posición
Cerrado
Abierto
Control de velocidad
Cerrado
Cerrado
Control de posición con realimentación
secundaria de velocidad
Tabla I. Modos de funcionamiento del servomecanismo
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3 BIBLIOGRAFIA
-
Electro-Craf Corporation, Motomatic Control System Laboratory, 1978.
-
Ogata K., Ingeniería de Control Moderna, Prentice Hall, Tercera edición,1999.
-
Kuo B., Sistemas de Automáticos de Control, Prentice Hall, Séptima edición,
1997.
-
Dorf R., Modern Control Systems, 8th edition, Addison Wesley, 1998.