RESUMEN

En este artículo se presenta el proceso de

identificación llevado a cabo para modelar el

comportamiento de un sistema servoneumático.

El modelado y control de este tipo de actuadores

es dificultoso debido fundamentalmente a las

propiedades no lineales del aire así como a las

características no lineales al comprimirse el aire

dentro de la cámara del cilindro. En primer

lugar se introduce el modelo teórico no lineal de

partida compuesto por los elementos que

integran la plataforma experimental utilizada. A

partir de este modelo matemático se realiza un

proceso de identificación del sistema completo

alcanzando diferentes modelos en función del

punto de funcionamiento. Una vez obtenidos los

diferentes modelos del sistema se proponen

diferentes estrategias de control que posibilitan

una mayor robustez en el control de posición de

esta plataforma experimental.

El control esta basado en teoría con el mismo

criterio del control de posición de un motor DC,

la diferencia esta en reemplazar el motor por el

cilindro neumático.

I. INTRODUCCIÓN

Los actuadores neumáticos presentan diferentes

características que provocan la necesidad de un

estudio bastante detallado para su uso en

aplicaciones donde se requiera una elevada

precisión.

Alguna de estas características son:

funcionamiento no lineal debido a la

compresibilidad del aire, presencia de fenómenos

de fricción, utilización de válvulas no lineales.

El principal ob jetivo de este trabajo consiste en

realizar un modelado experimental de un sistema

compuesto por un cilindro neumático y

posteriormente desarrollar diferentes estrategias

de control que permita obtener una buena

respuesta del sistema ante perturbaciones así

como una elevada precisión en el

posicionamiento del mis mo.

La determinación experimental del modelo del

sistema válvula-cilindro neumático resulta

fundamental para el buen diseño de la estrategia

de control y el regulador en sí que se pueda

implementar a bajo nivel para el control de

posición del sistema.

El trabajo presentado en este artículo centra su

atención en el modelo obtenido para el sistema

de control de un motor DC.

II. ECUACIONES DEL CILINDRO

El sistema a usar estar regido por dos sistemas

mecán icos las cuales son:

Fricción viscosa: representa una fuerza que es

una relación lineal entre la fuerza ap licada y la

velocidad.

Figura 1

Fuerza para el coeficiente de fricción:

dt

dxBF ....... (1)

Coeficiente de fricción:

V

FB ……… (2)

Resorte:

Figura 2

Fuerza para la constante elástica del resorte:

CONTROL DE POSICION DE UN SISTEMA

NEUMATICO

Universidad Nacional Del Altiplano Puno

Ingeniería Electrónica

Edwin Vilca Rodríguez

kxF ……. (3)

Para la etapa de control tendremos

El circuito que controlara el sistema neumático

será de la siguiente manera:

Sumador

Figura 3

Inversor

Figura 4

Proporcional

Figura 5a

Figura 5b

El circuito final esta conformado por un sumador

en serie con un inversor y un proporcional. La

salida es amplificada por una etapa de potencia

Darlington que habilita la entrada y salida del

aire esto para la posicion del vastago.

El circuito de control usa el integrado LM741

para las diferentes configuraciones.

Figura 6

III. PROCEDIMIENTO

El sistema sobre el que se ha desarrollado los

trabajos que se presentan en este artículo está

compuesto por un cilindro neumát ico de simple

efecto. Este cilindro neumático es accionado por

dos ductos de ingreso y salida.

La posición es controlada por un potenciómetro

que va acoplada al vástago del cilindro el cual

produce un voltaje según la posición del vástago

el cual es usado como retroalimentación de

nuestro sistema.

Un esquema que permite detallar el

funcionamiento del mis mo se presenta en la

figura 4.

Figura 7

A continuación se presenta el diagrama de

bloques basado en el mismo circuito usado para

controlar la posición de un motor DC.

Figura 8

Para el control de la entrada de aire lo que se

considero fue los pulsos que generan los

transistores ya que estos generan voltajes

positivos y negativos lo cual es aprovechado para

activar el circuito.

Lo que se realiza es acoplar a la salida de los

transistores un par de diodos uno en polarización

directa y el otro en polarización inversa con esto

conseguimos el ingreso y la salida del aire para

poder controlar la posición de nuestro cilindro.

Figura 9

Los componentes utilizados y que integran el

sistema se detallan a continuación:

LM741

Transistores Darlington

Resistores de 1kΩ

Resistores de 39kΩ

Resistores de 270kΩ

Potenciómetros de 10kΩ

Potenciómetros de 100kΩ

Engranajes

Jeringa

Resorte

Mangueras

Compresora

IV. VALIDACION

Las ecuaciones que gobernaran nuestro cilindro

será:

Figura 8

Para el sitema mecan ico tenemos:

kxdt

dxB

dt

xdMF

2

2

……………. (6)

)()()(²)( skxsBsxsxMssF …. (7)

]²)[()( kBsMssxsF ………… (8)

kBsMssF

sx

²

1

)(

)(…………….… (9)

Para nuestro sistema tenemos:

)()(

)( tkxdt

tdxBtF …. (10)

)()()( skxsBsxsF …. (11)

])[()( kBssxsF ……. (12)

kBssF

sx 1

)(

)(………….. (13)

Para la etapa de control tendremos:

Señal de salida

²)(

s

msY

Señal de entrada

s

VsU )(

Función de transferencia del sistema

Vs

m

sU

sYsG

)(

)()(

V. CONCLUS IONES Y S UGERENCIAS

El control de la planta debe ser

efectuado por un circuito de control

óptimo para que el control de posición

de la planta sea lo mas eficiente ya que

de lo contrario se tendrá un margen de

error considerable.

Para un óptimo control del

servomecanismo es preferencial trabajar

con electroválvulas para un control

óptimo.

VI. BIBLIOGRAFIA

[1] H. MEIXNER/ E. SAUER In iciación a la

Neumática manual de estudio para el

seminario FESTO PE 23.

[2] Introducción a la neumática manual de

estudio DIDACTIC.

[3] KATSUHIKO OGATA Ingeniería de

Control Moderno Tercera Edición.

[4] BENJAMIN C. KUO Sistemas de Control

Automático Séptima Edición.