LABORATORIO 1 CONOCIMIENTO, TOMA Y ANALISIS DE DATOS DE PLANTA FAN-FLAT
PRESENTADO A FRANCISCO JAVIER IBARGUEN
PRESENTADO POR CARLOS EDWIN QUINTERO BEDOYA JULIAN GALLEGO FRANCO JUAN CAMILO CALDERON
ASIGNATURA CONTROL DE PROCESOS
UNIVERISDAD DEL QUINDIO FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA ELECTRONICA ARMENIA - QUINDIO
INTRODUCCION
Los propósitos de la práctica es realizar un análisis completo de la planta Fan-Flat del laboratorio de control en las que se incluye las características del motor, voltaje de operación, características del driver, entre otros. Además realizar una caracterización del alerón. Se quiere determinar los procesos que lo rigen. Apartir de su entrada se obtienen los datos del sensor (potenciómetro), el rango de ángulos y voltaje del motor del ventilador. Atraves de la tarjeta de adquisición de datos y la herramienta Real Time Windows Target de Matlab, se toman los datos almacenándolos en una variable, que posteriormente se analizan, utilizando técnicas de estimación como los mínimos cuadrados.
MÉTODOS E INSTRUMENTOS Los Instrumentos Realizados para la práctica fueron: -
Planta Fan-Flat Tarjeta de Adquisición de Datos PC MatLab 7.5 Múltimetro Cables Banana-Banana Fuente de Alimentación Hoja de Anotaciones
El rango de medidas para la práctica: -
0 – 70 grados en el Flat. 0 – 12v Potenciómetro. 0 – 24v Driver del Motor.
Se conecta los instrumentos de la siguiente forma:
-
-
-
-
La fuente de alimentación provee energía al Motor para que este trabaje en un rango de voltaje de 0 – 24v dependiendo de la entrada del PWM que se le aplica al Driver. La tarjeta de adquisición de datos toma la variación del potenciómetro, que varia un voltaje de 0 - 12v (Dando los 360 Grados), en la práctica varia un voltaje de 0 – 5.7v en un rango de (0 – 70 Grados). La entrada de la tarjeta ira conectada a la variación del potenciómetro. La salida de la tarjeta de adquisición va conectada a la entrada del DRIVER que maneja el motor, acá colocamos diferentes escalones para así tomar los datos respectivos. El multimetro va conectado para medir el voltaje de operación del motor. La hoja de anotaciones nos ayuda para tomar los ángulos para cada entrada escalón.
La limitación con respecto a las mediciones fue el rango de voltaje que soporta la tarjeta de adquisición de datos que va hasta los (-10, 10v), con este rango de voltaje no se logra medir los datos del motor con alta precisión, ya que va hasta los 24v.
Los posibles errores observados, fueron en el potenciómetro, porque poseía variaciones en su acople al Flat, lo que ocasiona ruido en los datos medidos. Al tomar los datos con la tarjeta de adquisición de datos, estos son guardados en la herramienta Matlab para su análisis respectivo, matlab guarda los datos en un array designada a una variable y se guarda en un archivo, para así poder trasladar los datos y analizarlos en cualquier parte.
RESULTADOS Y DISCUSIONES Teniendo en cuenta las variables, se grafica los datos obtenidos en el laboratorio, Atraves del siguiente programa en matlab. Programa Utilizado para graficar los datos tomados en el laboratorio. clear x clear y format long subplot(2,1,1),plot(lab1(:,1),lab1(:,2),'r'); hold on x(:,1)=(lab1(:,2)); subplot(2,1,1),plot(lab1(:,1),lab1(:,3),'b'); hold on grid minor xlabel('Tiempo (Seg)'); ylabel('Amplitud (V)'); legend('Escalon Unitario','Variacion del Poteciometro'); title('Variacion del Poteciometro sin Aplicar Minimos Cuadrados'); y(:,1)=(lab1(:,3)); t(:,1)=lab1(:,1); %%minimos Cuadrados c=polyfit(t,y,15); c2=polyval(c,t); subplot(2,1,2),plot(t,x,'r'); hold on subplot(2,1,2),plot(t,c2,'b'); grid minor xlabel('Tiempo (Seg)'); ylabel('Amplitud (V)'); legend('Escalon Unitario','Variacion del Potenciometro'); title('Variacion del Poteciometro Aplicando Minimos Cuadrados'); figure(2) plot(t,y,'r',t,c2,'b'); grid minor xlabel('Tiempo (Seg)'); ylabel('Amplitud (V)'); title('Grafica de Voltaje del Potenciometro'); legend('Grafica sin Minimos Cuadrados','Grafica con Minimos Cuadrados'); axis([0,60,0,6]) figure(3) plot(aleron(:,1),aleron(:,2),'m'); xlabel('Voltaje (V)'); ylabel('Angulo (Grados)'); title('Variacion de Grados con Diferentes Escalones'); legend('Variacion Grados - Voltaje'); grid minor figure(4) plot(motor(:,1),motor(:,2),'m'); xlabel('Voltaje (V)'); ylabel('Voltaje (V)'); title('Variacion del Voltaje del Motor con Diferentes Escalones'); legend('Variacion Voltaje del Motor'); grid minor
Las graficas obtenidas al ejecutar el programa:
Variacion del Poteciometro sin Aplicar Minimos Cuadrados 6 5
Amplitud (V)
4 3
Escalon Unitario Variacion del Poteciometro
2 1 0 -1 0
10
20
30 Tiempo (Seg)
40
50
60
Variacion del Poteciometro Aplicando Minimos Cuadrados 6 5
Amplitud (V)
4 Escalon Unitario Variacion del Potenciometro
3 2 1 0 -1 0
10
20
30 Tiempo (Seg)
40
50
Fig 1. -
-
-
-
En la grafica se observa el ruido de la variación del potenciómetro al aplicarle un escalón. Con la aplicación de estimación de mínimos cuadrados, podemos lograr una atenuación o minimizar el error de variación del potenciómetro, para obtener una señal más estable. Al aplicar mínimos cuadrados con la función polyfit y polyval teniendo encuenta la señal de entrada y la salida, se presenta una aproximación errónea del comportamiento del potenciómetro, por la discontinuidad que presenta la señal de entrada al pasar de 0 a 5v. Se tomo la variación del tiempo y la variación del potenciómetro para estimar la curva de voltaje del sensor (potenciómetro), ya que la variación del tiempo es más suave y sin discontinuidades. La ecuación que nos da polifyt es de orden 15, el orden de la ecuación nos da una estimación muy aproximada del comportamiento se la señal.
60
Grafica de Voltaje del Potenciometro 6
5
Grafica sin Minimos Cuadrados Grafica con Minimos Cuadrados
3
2
1
0
0
10
20
30 Tiempo (Seg)
40
50
60
Fig 2. Se observa en la Fig 2 la aproximación de la señal del sensor aplicando la técnica de mínimos cuadrados, estos métodos ayudan para que la señal del sensor no cambie abruptamente y genere cambios inesperados en el controlador. La eliminación de ruido para aproximar la señal, presenta un menor esfuerzo de control al realizar cambios en la señal de entrada. Variacion del Voltaje del Motor con Diferentes Escalones 25 Variacion Voltaje del Motor
20
Voltaje(V)
Amplitud (V)
4
15
10
5
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5 Voltaje (V)
Fig 3.
3
3.5
4
4.5
5
-
La figura 3 nos muestra la relación de voltaje (escalón) y la variación de voltaje del Motor que se maneja por el driver (PWM). La variación del voltaje del motor, muestra que la señal, se ve afectada significativamente, por la señal de entrada en un rango de 1.5 – 3.5v. Las variaciones de entrada más pequeñas entre 0 – 1.4v afecta en un nivel muy bajo como para mostrar cambios significativos en el voltaje del motor. Variacion de Grados con Diferentes Escalones 70 Variacion Grados - Voltaje 60
Angulo (Grados)
50
40
30
20
10
0 0.5
1
1.5
2
2.5 3 Voltaje (V)
3.5
4
4.5
5
Fig 4. En la figura 4 representa el cambio de los grados con respecto a una entrada escalón, estos datos se tomaron observando el movimiento del Flat, cuando este se estabiliza, por lo que los datos no tiene la suficiente resolución, para detallar posibles ruidos en la aplicación. Apartir de los 3.5v, el ángulo se estabilizan en lo requerido, a pesar que se varié el voltaje de entada. Dada la grafica 3, su voltaje casi esta en el máximo valor de operación del motor, teniendo un ángulo de 70, esto nos representa la máxima capacidad de operación del motor.
Rango de Operación Mínimo Máximo
Escalón (Volt) 0 5
Potenciómetro (Volt) 0 5.7 Tabla 1.
Motor (Volt) 0 21
Flat (Grados) 0 70
La Tabla 1 nos muestra los rangos de operación medidos durante la práctica. Driver Entrada Salida Constante 0 0 0 0,5 0,03 0,06 1 0,046 21.739 1,5 0,05 30 2 10,55 0.1895 2,5 14,01 0.1784 3 20,08 0.1494 3,5 21 0.1666 4 21 0.1904 4,5 21 0.2142 5 21 0.2384
Tabla 2. Constante del driver Se toma un rango de operación para promediar la contante del driver. Constante del Driver: 0,18026607 ± 0.03
CONCLUSIONES Los acoples del sensor, en movimiento constate, ocasionan ruidos innecesarios en los datos tomados. Se debe de tener en cuenta las discontinuidades de la entada, para aplicar los mínimos cuadrados, ya que esos cambios bruscos en el tiempo, afectan considerablemente la estimación de la función polyfit. El orden de la ecuación polifyt, influye en que si es muy alto el orden del sistema empieza a inventar puntos, y si es muy bajo el orden el sistema se acomoda por debajo de la señal y no toma en cuenta todos los puntos necesarios. Los ruidos o cambios bruscos en una señal de realimentación, como la del sensor, ocasionan cambios innecesarios en un controlador, que pueden ocasionar daños o acciones equivocas en la planta.