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PROYECTOS DE CONTROL ANALÓGICO I Un proyecto es un esfuerzo que se lleva a cabo en un tiempo determinado,para lograr el objetivo específico de crear un servicio o producto único,mediante la realización de una serie de tareas y el uso efectivo derecursos.CARACTERÍSTICAS DE UN PROYECTO En el proyecto se espera que el alumno aprenda a resolver problemas noresueltos utilizando conocimiento relevante independientemente de ladisciplina de que provenga. El trabajo se centra en explorar y trabajar un problema práctico con unasolución desconocida El proyecto se diseña de tal manera que implica la aplicación de variosconocimientos interdisciplinarios para que el alumno pueda apreciar larelación existente entre las diferentes disciplinas en el desarrollo de unproyecto en particular. El proyecto debe también permitir la búsqueda de soluciones abiertas detal manera que el alumno tenga la libertad de generar nuevoconocimiento.FORMATO DEL PROYECTOEl proyecto Final deberá entregarse impreso y en formato Electrónico(preferentemente Word incluyendo en el documento las simulaciones realizadas,cálculos y modelados obtenidos, etc.), además de incluir los archivos desimulación.SE ENFOCARÁ BASICAMENTETRANSITORIA DEL SISTEMA.ALMODELADOYRESPUESTAEl reporte deberá tener la siguiente estructura:TITULOAutoresRESUMEN.- Se describe la problemática a resolver con una máximo de 200palabras.Palabras clave.- (5 palabras de temas claves, por ejemplo compensador, sistemasde nível de líquido, lugar de las raices.)I.- Introducción.- En este apartado se presenta el problema a resolver(objetivos), antecedentes generales y aplicación del sistema físico estudiado.
II.-Modelado del Sistema.- Aquí se desarrollo paso a paso el modelo del sistema,derivando todas las ecuaciones que dan origen al modelo en F,T.III.-Análisis Transitorio y de Estabilidad.- Descripción de las pruebas realizadas enlazo abierto y cerrado ante entradas escalón unitario, rampa o la que seconsidere conveniente de acuerdo a la dinámica de la planta modelada, incluiranálisis y resultados de simulación. Además, deberán reportarse pruebas deestabilidad (Criterio de Routh). UTILIZAR SIMULINK.IV.- Conclusiones.BibliografíaAdemás deberá realizarse una presentación en powerpoint o equivalente, esto conla finalidad de exponer el proyecto en máximo de 10 minutos (máximo 9diapositivas). No usar mucho texto en cada diapositiva e incluir imágenes.TRABAJO POR EQUIPO: 3 INTEGRANTES.FECHA DE ENTREGA DEL TRABAJO FINAL Y EXPOSICIÓN 3 de Julio de 2014
PROYECTO # 1 “CONTROL DE LA PLUMILLA DE UN TRAZADOR”El sistema de la figura representa el servomecanismo de posición de la plumillade un trazador. Consta de un motor eléctrico que arrastra una polea de radio r ymasa despreciable por medio de la cual, mediante un hilo inextensible, searrastra el soporte de la plumilla cuya masa es M.El soporte lleva unido el cursor de un potenciómetro lineal, uno de cuyosextremos está conectado a una tensión constante Vc y el otro a una masa, Latensión en el cursor (Vx) es proporcional, con constante α , a la Posición delsoporte.La tensión Vx, se compara con la tensión de referencia Vr mediante unamplificador diferencial de ganancia K ajustable.Las ecuaciones físicas del motor son:Va (t ) K e w(t ) Ri (t ) K mi (t ) fw(t ) ( J m J c ) w(t )donde:f .- Coeficiente de fricción viscosaJm .- Momento de inercia del motorJc .- Momento de inercia de la cargaVc 10 VM 0.3 kgr 1 cmα 0.5 V/cmKe 0.09 Vs/rad
Km 0.1 Nm/AR 5Ωf 0.2 10 3 Nms/radJc 10-5 Kgm2Jm mr2 (0.3kg)(0.01m)2 3X10-5Las ecuaciones físicas complementarias del sistema son:Vx (t ) α x(t )Va (t ) K (Vr (t ) Vx (t )) x(t ) rw(t )El objetivo es MODELAR el sistema y obtener su respuesta en lazo abierto y lazocerrado, Así como reaizar un análisis de estabilidad del sistema.En lazo cerrado el sistema cumple con estas características?-Máximo sobreimpulso de 10%.Tiempo de establecimiento menor de 0.15 seg.Error en estado estable del 4%Como puede lograr que se cumplan estas condiciones?Incluya un control proporcional e intente controlar el sistema.Que ocurre si se incrementa la ganancia de retroalimentación una vez incluido elcontrolador, haga pruebas y determine si se hace inestable y reporte el valor dela ganancia que origina esto.Referencias:CONTROL DE SISTEMAS CONTINUOSANTONIO BARRIENTOSMCGRAW-HILL
PROYECTO # 2 “SISTEMA DE LECTURA DE UN DISCO”La figura muestra el sistema de montaje de una cabeza lectora de un disco duro,la posición de la cabeza lectora para moverla de una pista a otra debe ocurrirdentro de 10 ms (si es posible). Para modelar el sistema de la planta G(s) y elsensor, se considera que el manejador del disco lector utiliza un motor de cd deimanes permanentes que permite rotar el brazo lector.La cabeza está montada en un dispositivo deslizante, el cual esta conectado albrazo como se muestra en la figura. Se utiliza un metal flexible para permitir quela cabeza flote sobre el disco con un claro de menos de 10 nm. La cabeza lectoralee el flujo magnético y provee una señal a un amplificador, el diagrama debloques siguiente muestra el modelo del sistema.
Los parámetros son.-El objetivo es MODELAR el sistema y obtener su respuesta en lazo abierto y lazocerrado, Así como reaizar un análisis de estabilidad del sistema.En lazo cerrado el sistema cumple con estas características?-Sobreimpulso menor del 4%.-Tiempo de establecimiento menor de 0.3 seg.-Error en estado estable 3%Como puede lograr que se cumplan estas condiciones?Incluya un control proporcional e intente controlar el sistema.Que ocurre si se incrementa la ganancia de retroalimentación una vez incluido elcontrolador, haga pruebas y determine si se hace inestable y reporte el valor dela ganancia que origina esto.Referencias:Sistemas de Control modernoRichard C. Dorf10 ediciónPearson Prentice Hall
PROYECTO # 3 “CONTROL DE ALTITUD DE UNA AERONAVE”El propósito del sistema de control de referencia es controlar la posición de loscontroles de las alas de una aeronave moderna. Debido a los requerimientos derespuesta mejorada y confiabilidad, las superficies de control de una aeronavemoderna son controladas mediante mandos eléctricos con controladoreselectrónicos. Anteriormente,los alerones, el timón y los elevadores de laaeronave estaban todos unidos al controldel piloto a través de elementosmecánicos. El tan llamado sistema de control de “vuelo por cable” utilizado en elcontrol de la aviación moderna implica que el control de posición de la aeronaveya no ésta controlado enteramente por elementos mecánicos. La Figura 1muestra las superficies controladas y el diagrama de bloques de uno de los ejesdel sistema de control de posición.Fig.-1 Diagrama de bloques de un sistema de control de posición de unaaeronave.La Figura 2. muestra el diagrama de bloques analítico del sistema utilizando elmodelo del amplificador/motor dc (ver Sistemas de control automático de Kuo,Fig 4-51). El sistema está simplificado hasta el extremo de despreciar todas lasespecificaciones de la saturación de la ganancia del amplificador y del par delmotor, el engrane trasero y la barra de transmisión (Esto no ocurre cuando seenfrenta al mundo real, algunas de estas no linealidades deben ser incluidas).
La finalidad del sistema es que la salida del sistema θ y (t ) , siga la referenciamarcada θ r (t ) (entrada).El objetivo es MODELAR el sistema y obtener su respuesta en lazo abierto y lazocerrado ante una entrada escalón unitario. Así como reaizar un análisis deestabilidad del sistema.En lazo cerrado el sistema cumple con estas características?Tiempo de estabilización 0.04 segMáximo sobreimpulso 12 %Como puede lograr que se cumplan estas condiciones?Incluya un control proporcional e intente controlar el sistema.Que ocurre si se incrementa la ganancia de retroalimentación una vez incluido elcontrolador, haga pruebas y determine si se hace inestable y reporte el valor dela ganancia que origina esto.Fig. 2.- Diagrama de bloques del sistema.Para lograr este propósito habrá que estudiar a fondo la dinámica delsistema tanto en lazo abierto como cerrado. Las simulaciones deberán realizarseen Simulink o matlab.
Considere los siguientes parámetros para el sistemaGanancia Ks 1 V/radGanancia del preamplificador K variable (se ajusta)Ganancia del amplificador de poder K1 10 v/vGanancia de la corriente de retroalimentación K2 0 V/rad/sResistencia de la armadura del motor Ra 5 ohmsInductancia de la armadura del motor La 0.003 HGanancia de retroalimentación del tacómetro Kt 0 V/rad/segConstante del par del motor Ki 9 oz-pulg/AConstante de la fuerza contraelectromotriz Kb 0.0636 V/rad/sInercia del rotor del motor Jm 0.0001 oz-plg-s2Inercia de la carga JL 0.01 oz-plg-s2Coeficiente de fricción viscosa del motor Bm 0.005 on-pulg-sCoeficiente de fricción viscosa de la carga BL 1 oz-plg-sRelación del tren de engranaje entre el motor y la carga N JT J m N 2 J LBT Bm N 2 BLReferencias:Sistemas de control AutomáticoBenjamin C. KuoSéptima edición.Prentice Hallθy 1/10θm
PROYECTO # 4 “SISTEMA DE SEGUIMIENTO DEL SOL”Un sistema de seguimiento solar tiene la finalidad de controlar la altitud de unvehículo espacial para que pueda seguir al sol con gran exactitud. En el sistemadescrito, el seguimiento del sol se realiza sólo en un plano. Un diagramaesquemático se muestra en la figura 1. Los elementos principales deldiscriminador de error son dos rectángulos pequeños de celdas fotovoltaicas desilicio montadas atrás de una hendedura rectangular en un compartimiento. Lasceladas están montadas de tal forma que cuando el detector apunta al sol, elrayo de luz de la hendedura cae en ambas celdas. Las celdas de silicio seemplean como fuentes de corriente y se conectan en polaridad opuesta a laentrada de un amp. Op. Cualquier diferencia en la corriente de cortocircuito delas dos celdas es detectada y amplificada por el amp. Op., ya que la corriente decada celda es proporcional a la iluminación sobre la misma, se genera una señalde error en al salida del amplificador cuando la luz de la hendedura no estácentrada en forma precisa sobre las celdas. Este voltaje de error, cuando seretrolalimenta al amplificador de seguimiento, causará que el motor alineenuevamente al sistema.Fig. 1 Diagrama de un sistema de seguimiento del sol.La figura 2 muestra el diagrama de bloques del sistema de control rastreadorsolar, el cual se puede instalar en un vehículo espacial para que siga al sol con
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).
