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TEMPLATE DESIGN 2008
www.PosterPresentations.com
Levitador neumtico PID
A. Mezaa, I. Calvilloa
Asesor: Ing. Edgar Quiroz Jureza
a. Instituto Tecnolgico de Len, Blvd. Juan Alonso de Torres, Len, 3542, Gto., Mxico
I. Introduccin
El efecto que permite que un cuerpo se suspenda en el aire sin
contacto fsico se denomina levitacin, la cual es el resultado de una
fuerza que contrarresta el peso del cuerpo u objeto levitante. Esta
levitacin se clasifica segn los medios empleados, entre las cuales
estn, la levitacin electrosttica, magntica, neumtica, acstica y
ptica; estas diferentes clases de levitacin permiten lograr el mismo
efecto de suspender cuerpos en el aire, pero con diferentes
caractersticas.
En la levitacin neumtica operan las variaciones de presin ejercida
por gases, en este caso el aire, para mantener objetos suspendidos en
posicin estable. Esta levitacin debe garantizar los siguientes efectos
sobre el objeto: Una fuerza que contrarreste el peso del cuerpo (la
fuerza de gravedad que acta sobre el objeto que levita) y para que se
halle en suspensin estable, es necesaria una fuerza adicional que
contrarreste cada pequeo desplazamiento del objeto en levitacin.
III. Resultados
Se obtuvo la caracterizacin del sensor ultrasnico HC-SR04 tomando
una muestra de diferentes distancias. Los valores fueron procesados
en Excel y analizados realizando una regresin lineal y exponencial
para obtener su curva y su ecuacin caracterstica, dicha curva se
muestra a continuacin.
Al obtener la ecuacin caracterstica del sensor se obtienen los
parmetros necesarios para realizar un control PID efectivo sobre la
planta.
II. Metodologa
El proyecto se divide en dos partes: la parte de control y en
potencia. En la parte de control se desarroll un cdigo de
lenguaje abierto en arduino. El uso de libreras externas ayudar
a depurar el lenguaje al momento de estar programando y
acelerar el proceso de las operaciones que se tienen que
calcular. Para entender cmo se mide la distancia con el sensor
se analiza lo siguiente:
Desde el microcontrolador se manda un pulso corto al sensorEn respuesta a ello, el sensor emite una rfaga corta ultrasnica
a una frecuencia de 40 Khz.
La rfaga viaja a travs del aire, choca con un objeto y rebotapara retornar hacia el sensor nuevamente.
El sensor provee un pulso de salida que inicia cuando larfaga es enviada y termina cuando el eco es detectado.
La longitud del pulso es proporcional a la distancia del objeto.La Frmula, ya simplificada, que se utiliz en la programacin
es:
=2 1/29
2La constante de 1/29 es la velocidad del sonido en unidades de
cm/uS.
IV Referencias
La conexin electrnica del sistema requiere una etapa de potencia para
evitar un dao al microcontrolador. El diagrama utilizado se muestra a
continuacin.
El funcionamiento de este levitador neumtico utiliza un sistema de
control PID el cual est realizado con libreras especiales en el IDE de
arduino.
Los valores del set point es modificado a travs de una resistencia
variable, cuyo valor es ledo por el puerto analgico, procesado para
convertirlo a valor digital. El resultado de los valores PID se envan como
salida de PWM variando su valor dependiendo de la lectura que recibe el
arduino del sensor ultrasnico de distancia.
Figura 2 Diagrama de potencia.
La estructura del levitador esta fabricada
con un tubo de pvc de dos pulgadas, donde
se desliza la masa de unicel. Como base se
utiliz una caja cuadrada de madera de
15x15 cm. El ventilador utilizado en el
sistema se alimenta con 12V de corriente
directa que proporciona una potencia de
1.8W.
El sistema es gobernado por el
microcontrolador arduino.
Figura 1 Estructura de levitador neumtico
Grfica1 Parmetros usados en el modelado matemtico.
y = 1529.1e0.0106x
0
5000
10000
15000
20000
25000
0 50 100 150 200 250 300
TIE
MP
O E
N
Se
g
DISTANCIA EN cm
COMPORTAMIENTO POR REGRESION EXPONENCIAL
Ogata, K. (2010). Ingeniera de control moderna. Madrid, Espaa: Pearson.Ogata, K. (2010). Ingeniera de control moderna. Madrid, Espaa: Pearson.
Ogata, K. (2010). Ingeniera de control moderna. Madrid, Espaa: Pearson.
Ogata, K. (2010). Ingeniera de control moderna. Madrid, Espaa: Pearson.
Mosquera Victor, Q.O. (2012). Control de posicin de un sistema de levitacin. Revista universitaria en telecomunicaciones y control, 9-12.
Comnes Bret, L. R. (2013). Obtenido de Arduino Control.