Proyectos parte 2

PROYECTO # 3 “CONTROL DE ALTITUD DE UNA AERONAVE”
El propósito del sistema de control de referencia es controlar la posición de los controles
de las alas de una aeronave moderna. Debido a los requerimientos de respuesta
mejorada y confiabilidad, las superficies de control de una aeronave moderna son
controladas mediante mandos eléctricos con controladores electrónicos. Anteriormente,
los alerones, el timón y los elevadores de la aeronave estaban todos unidos al control
del piloto a través de elementos mecánicos. El tan llamado sistema de control de “vuelo
por cable” utilizado en el control de la aviación moderna implica que el control de
posición de la aeronave ya no ésta controlado enteramente por elementos mecánicos. La
Figura 1 muestra las superficies controladas y el diagrama de bloques de uno de los ejes
del sistema de control de posición.
Fig.-1 Diagrama de bloques de un sistema de control de posición de una aeronave.
La Figura 2. muestra el diagrama de bloques analítico del sistema utilizando el modelo
del amplificador/motor dc (ver Sistemas de control automático de Kuo, Fig 4-51). El
sistema está simplificado hasta el extremo de despreciar todas las especificaciones de la
saturación de la ganancia del amplificador y del par del motor, el engrane trasero y la
barra de transmisión (Esto no ocurre cuando se enfrenta al mundo real, algunas de estas
no linealidades deben ser incluidas).
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Objetivo del sistema es que la salida del sistema  y (t ) , siga la referencia marcada  r (t )
(entrada), bajo las siguientes condiciones:
Mediante la implementación del modelo, en SIMULINK, se pretende diseñar un
controlador proporcional que cumpla las siguientes características para la salida deseada
ante una entrada escalón unitario:
Tiempo de estabilización < 0.04 seg
Máximo sobreimpulso < 12 %
Ganancias de los controladores moderadas
FUE POSIBLE LOGRARLO CON UN CONTROL PROPORCIONAL?
Fig. 2.- Diagrama de bloques del sistema.
Para lograr este propósito habrá que estudiar a fondo la dinámica del sistema
tanto en lazo abierto como cerrado. Las simulaciones deberán realizarse en Simulink o
matlab.
Considere los siguientes parámetros para el sistema
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Ganancia Ks= 1 V/rad
Ganancia del preamplificador K=variable
Ganancia del amplificador de poder K1 =10 v/v
Ganancia de la corriente de retroalimentación K2=0 V/rad/s
Resistencia de la armadura del motor Ra= 5.X ohms
Inductancia de la armadura del motor La=0.003 H
Ganancia de retroalimentación del tacómetro Kt=0 V/rad/seg
Constante del par del motor Ki=9 oz-pulg/A
Constante de la fuerza contraelectromotriz Kb=0.0636 V/rad/s
Inercia del rotor del motor Jm=0.0001 oz-plg-s2
Inercia de la carga JL=0.01 oz-plg-s2
Coeficiente de fricción viscosa del motor Bm=0.005 on-pulg-s
Coeficiente de fricción viscosa de la carga BL=1 oz-plg-s
DONDE:
X es la suma de los últimos dígitos de la matrícula cada integrante del equipo.
Relación del tren de engranaje entre el motor y la carga N=
y
=1/10
m
JT  J m  N 2 J L
BT  Bm  N 2 BL
Referencias:
Sistemas de control Automático
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Benjamin C. Kuo
Séptima edición.
Prentice Hall
PROYECTO # 4 “SISTEMA DE SEGUIMIENTO DEL SOL”
Un sistema de seguimiento solar tiene la finalidad de controlar la altitud de un vehículo
espacial para que pueda seguir al sol con gran exactitud. En el sistema descrito, el
seguimiento del sol se realiza sólo en un plano. Un diagrama esquemático se muestra en
la figura 1. Los elementos principales del discriminador de error son dos rectángulos
pequeños de celdas fotovoltaicas de silicio montadas atrás de una hendedura rectangular
en un compartimiento. Las celadas están montadas de tal forma que cuando el detector
apunta al sol, el rayo de luz de la hendedura cae en ambas celdas. Las celdas de silicio
se emplean como fuentes de corriente y se conectan en polaridad opuesta a la entrada
de un amp. Op. Cualquier diferencia en la corriente de cortocircuito de las dos celdas es
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detectada y amplificada por el amp. Op., ya que la corriente de cada celda es
proporcional a la iluminación sobre la misma, se genera una señal de error en al salida
del amplificador cuando la luz de la hendedura no está centrada en forma precisa sobre
las celdas. Este voltaje de error, cuando se retrolalimenta al amplificador de
seguimiento, causará que el motor alinee nuevamente al sistema.
Fig. 1 Diagrama de un sistema de seguimiento del sol.
La figura 2 muestra el diagrama de bloques del sistema de control rastreador solar, el
cual se puede instalar en un vehículo espacial para que siga al sol con gran exactitud. La
variable  r representa el ángulo de referencia del rayo de sol, y  0 denota el eje del
vehículo. El objetivo del sistema rastreador es mantener el error entre  r ,  0 ,
 cerca
de cero.
Las especificaciones para el diseño del controlador en en dominio del tiempo son:
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Mediante la implementación del modelo, en SIMULINK, se pretende diseñar un
controlador PROPORCIONAL que cumpla las siguientes características para la salida
deseada ante una entrada escalón unitario:
Tiempo de estabilización < 0.04 seg
Máximo sobreimpulso < 12 %
Ganancias de los controladores moderadas
FUE POSIBLE CONTROLAR EL SISTEMA CON UN CONTROL PROPORCIONAL?
Fig 2.- Diagrama de bloques del sistema de control rastreador solar.
Los parámetros del sistema son los siguientes:
RF=10K
Ki=0.125 N-m/A
J=10-6 kg-m2
K a determinar (para un control P)
n=800
Kb=0.0125 V/rad/s
Ra=6.X ohms
Ks=0.1 A/rad
B=0
DONDE:
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X es la suma de los últimos dígitos de la matrícula cada integrante del equipo.
Referencias:
Sistemas de control Automático
Benjamin C. Kuo
Séptima edición.
Prentice Hall
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