Levitador Magnético
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1 Resumen— La automatización con base en los sistemas de control automático, se ha considerado como una de las herramientas más poderosas y eficientes en el mundo de la industria tecnológica, razón suficiente para el desarrollo de innumerables estudios referentes a nuevos y mejorados modelos de sistemas de automatización. Conociendo la adaptabilidad y eficiencia de los modelos de sistemas de control, se propone el diseño y elaboración de un sistema de control analógico capaz de corregir los errores de posicionamiento de un objeto metálico, suspendido por acción de un campo magnético, generado por un solenoide energizado con una tensión constante. Palabras claves—Modulacion, NBFM, Frecuencia. I. Introducción Desde el punto de vista ingenieril un sistema de control no es más que un conjunto de elementos que interactúan entre sí para conseguir un resultado o salida acorde a las necesidades, una vez emitida una acción de control. Tanto en el análisis analógico como en el discreto el principio de cada controlador ya sea P, PD, PI o PID [1] es el mismo, una vez establecidas las variables de cada controlador la respuesta a una señal tipo puede ser predicha con un alto grado de exactitud, es decir que aunque las aplicaciones de un controlador sean innumerables sus comportamientos serán iguales dependiendo del tipo. Con esta primicia se puede deducir que cualquier aplicación que implique un sistema de control, es aplicable o ajustable a un gran número de casos en condiciones diferentes. La suspensión en el espacio libre (aire) de objetos metálicos por acción de un campo magnético controlado, específicamente los del tipo ferroso, son una aplicación clásica pero muy descriptiva de la funcionalidad de los sistemas de control, razón por la cualse propone el diseño e implementación de un prototipo con estas características, conocido como “Levitador Magnético Analógico”, cabe recalcar que el termino analógico se da por el tratamiento directo de la señal, es decir que la señal es procesada única y específicamente por dispositivos analógicos. II. Desarrollo En esta fase se considera el diseño e implementación del prototipo “Levitador Magnético”. A. Diseño - Circuito de Control (Controlador). Al realizar un análisis de las características de cada controlador, se concluye que es posible conseguir el propósito deseado ya sea con un controlador del tipo PD o PID [1]. La diferencia entre los 2 radica en la capacidad de eliminar el error estacionario en su totalidad, mas no en una estabilidad aceptable por parte del sistema. Se considera un control del tipo PD (véase fig.1) cuya función de transferencia se describe en la ecuación 1 () () = ∗ ( + ∗ ) . (1) - Circuito detector de error de posicionamiento (censado). La acción de control dependerá de la presencia de un error de posicionamiento codificado en diferentes valores de tensión. En la figura 2 se muestra el esquema que describe el proceso de codificación de la señal [2], esto para cada posición del objeto, que se pretende suspender en el espacio libre, con respecto al capo magnético generado por el solenoide. - Circuito generador del campo magnético. Se lo eligió por su capacidad simple y eficaz de control, como lo muestra la figura 3 esta configuración permite que el campo magnético generado por el solenoide varié en función dela corriente que permita pasar el transistor - Fuentes de alimentación energética. Se propone el uso de alimentaciones diferentes, una alimentación dedicada de 12 Volts para los circuitos de control y el censado conjuntamente, y otra de 20 Volts para el circuito generador del campo magnético. DISEÑO Y ELABORACIÓN DE UN LEVITADOR MAGNÉTICO ANALÓGICO Francisco Narváez, Jayro Arias. Universidad Nacional de Loja, Loja-Ecuador. E-mail: [email protected] [email protected]
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Aplicaciones de Control Automático
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Resumen— La automatización con base en los sistemas de control
automático, se ha considerado como una de las herramientas más
poderosas y eficientes en el mundo de la industria tecnológica, razón
suficiente para el desarrollo de innumerables estudios referentes a
nuevos y mejorados modelos de sistemas de automatización.
Conociendo la adaptabilidad y eficiencia de los modelos de sistemas
de control, se propone el diseño y elaboración de un sistema de
control analógico capaz de corregir los errores de posicionamiento
de un objeto metálico, suspendido por acción de un campo
magnético, generado por un solenoide energizado con una tensión
constante.
Palabras claves—Modulacion, NBFM, Frecuencia.
I. Introducción Desde el punto de vista ingenieril un sistema de control no es más que un conjunto de elementos que interactúan entre sí para conseguir un resultado o salida acorde a las necesidades, una vez emitida una acción de control. Tanto en el análisis analógico como en el discreto el principio de cada controlador ya sea P, PD, PI o PID [1] es el mismo, una vez establecidas las variables de cada controlador la respuesta a una señal tipo puede ser predicha con un alto grado de exactitud, es decir que aunque las aplicaciones de un controlador sean innumerables sus comportamientos serán iguales dependiendo del tipo. Con esta primicia se puede deducir que cualquier aplicación que implique un sistema de control, es aplicable o ajustable a un gran número de casos en condiciones diferentes. La suspensión en el espacio libre (aire) de objetos metálicos por acción de un campo magnético controlado, específicamente los del tipo ferroso, son una aplicación clásica pero muy descriptiva de la funcionalidad de los sistemas de control, razón por la cualse propone el diseño e implementación de un prototipo con estas características, conocido como “Levitador Magnético Analógico”, cabe recalcar que el termino analógico se da por el tratamiento directo de la señal, es decir que la señal es procesada única y específicamente por dispositivos analógicos.
II. Desarrollo En esta fase se considera el diseño e implementación del prototipo “Levitador Magnético”. A. Diseño - Circuito de Control (Controlador).
Al realizar un análisis de las características de cada controlador, se concluye que es posible conseguir el propósito deseado ya sea con un controlador del tipo PD o PID [1]. La diferencia entre los 2 radica en la capacidad de eliminar el error estacionario en su totalidad, mas no en una estabilidad aceptable por parte del sistema. Se considera un control del tipo PD (véase fig.1) cuya función de transferencia se describe en la ecuación 1 𝑴(𝒔)
𝑬(𝒔) = 𝒌 ∗ (𝟏 + 𝑻𝒅 ∗ 𝒔) 𝑒𝑐. (1)
- Circuito detector de error de posicionamiento
(censado). La acción de control dependerá de la presencia de un error de posicionamiento codificado en diferentes valores de tensión. En la figura 2 se muestra el esquema que describe el proceso de codificación de la señal [2], esto para cada posición del objeto, que se pretende suspender en el espacio libre, con respecto al capo magnético generado por el solenoide. - Circuito generador del campo magnético. Se lo eligió por su capacidad simple y eficaz de control, como lo muestra la figura 3 esta configuración permite que el campo magnético generado por el solenoide varié en función dela corriente que permita pasar el transistor - Fuentes de alimentación energética. Se propone el uso de alimentaciones diferentes, una alimentación dedicada de 12 Volts para los circuitos de control y el censado conjuntamente, y otra de 20 Volts para el circuito generador del campo magnético.
DISEÑO Y ELABORACIÓN DE UN LEVITADOR MAGNÉTICO ANALÓGICO
Francisco Narváez, Jayro Arias.
Universidad Nacional de Loja, Loja-Ecuador. E-mail: [email protected]
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B. Diagramas y esquemas
- Controlador PD
Fig. 1
- Generador del campo magnético.
Fig. 2 - Detector de error de posicionamiento (censado).
Fig. 3
III. RESULTADOS Una vez calibrado el sistema de control se procedió a comprobar su eficiencia, los resultados arrojados en la simulación realizada en la plataforma de Matlab se muestran en la figura 4.
Fig. 4
IV. CONCLUSIONES
El tiempo de establecimiento del controlador es directamente proporcional a la variación de posicionamiento detectada por el circuito de censado.
Las características físicas del objeto a ser levitado deben estar dentro del rango para el cual ha sido configurado el sistema de control.
V. REFERENCIAS
[1]. Spartacus G. Teoría de Control: Diseño Electrónico. Editorial Alfaomega. ISBN: 84-8301-266-9. 2000 [2]. Pallas R. Adquisición y Distribución de señales. Editorial Marcombo. ISBN: 84-267-0918-4. 1993 .
