IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROL DE GANANCIA AJUSTABLE PARA REGULAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DE CD

 IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROL DE GANANCIA AJUSTABLE PARA REGULAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DE CD

La figura 1.16 representa el diagrama esquemático de un sistema de control en lazo cerrado de velocidad de un motor de CD. El correspondiente diagrama de bloques se muestra en la fi gura 1.17.

Para poner en marcha el sistema de la fi gura 1.16, se considerarán las siguientes confi guraciones: 

• Entrada de referencia (o comportamiento deseado) 
• Comparador 
• Amplifi cador de ganancia ajustable 

1. Entrada de referencia (o comportamiento deseado)

En los sistemas de control de lazo cerrado se espera que el proceso por controlar alcance un cierto valor de estado estable, una vez que se haya extinguido el régimen transitorio. Puesto que las formas de onda de estado estable y de entrada son iguales (aunque no necesariamente de la misma magnitud), es necesario que el usuario introduzca una entrada que indique una referencia; en este caso será una señal tipo escalón. Lo anterior se obtiene con un potenciómetro de 10 KΩ al aplicar un voltaje de Vcc = ±5v, como se indica en la fi gura 1.18. El voltaje de salida Vo es el voltaje de referencia ajustable r(t ), que se aplicará al sistema de control de velocidad.

2. Comparador En todas las configuraciones en donde se muestren amplificadores operacionales se usará el amplificador operacional MC1741 (o LM741), mientras que la identificación de sus terminales se observa en la figura 1.19.

Todo sistema susceptible de ser automatizado requiere de un sumador algebraico, el cual compara la entrada de referencia r(t ) con la salida del sistema y(t ), para que, en el caso de que haya alguna diferencia entre dichas señales (señal de error distinta de cero), el controlador dosifi que la energía suministrada al proceso por medio del elemento fi nal de control. 

La puesta en marcha del comparador se logra mediante un amplifi cador operacional en confi guración de sumador algebraico, donde las resistencias R son de 100 K, según se indica en la fi gura 1.20.

3. Amplificador de ganancia ajustable Uno de los resultados más importantes de los sistemas retroalimentados es el hecho de llevar a cabo variaciones de ganancia, con lo que se logrará modificar las características de respuesta de los sistemas de control. En principio se muestra un amplificador cuya ganancia está dada por la función de transferencia G(s) = − impedancia de retroalimentación R2 /impedancia de entrada R1: G(s) = −R2/R1. El circuito mostrado en la figura 1.21 es un amplificador operacional conectado como amplificador inversor. Se aprecia que el voltaje de salida en el terminal 6, dado por Vo = (−R2/R1)Vi , corresponde al voltaje de entrada Vi amplifi cado (R2/R1) veces, pero con polaridad invertida; esto es, como el amplifi cador operacional está conectado en confi guración de entrada inversora, la terminal número 3 de entrada no inversora está referida a tierra.

La variación de ganancia de voltaje no tendrá la potencia necesaria para mover al motor de CD, por lo que se hace necesario colocar un amplificador de potencia. Esto se logra al agregar dos transistores de potencia: PNP y NPN (TIP32 y TIP31, respectivamente). La identificación de terminales se observa en la figura 1.23.

El proceso por controlar es propiamente la velocidad del motor, por lo que se considera un motor de CD de imán permanente, con características de 6 a 12 voltios y máximo de 1 ampere. 

Para lograr una regulación automática de velocidad se deberá agregar un sensor cuya función será detectar el torque producido por el motor y generar un voltaje proporcional a dicho torque. Tal comportamiento corresponde a un tacómetro, y puede ponerse en marcha por medio de un motor de CD adicional, conectado al revés; este segundo motor debe tener características análogas al primero de ellos. La configuración resultante se observa en la fi gura 1.25.

Una vez que se han definido y puesto en marcha individualmente todos y cada uno de los elementos a considerar para formar una configuración de lazo cerrado, se procederá a llevar a cabo la conexión entre componentes con el propósito de obtener la configuración final. 

Habrá que conectar la entrada de referencia (fi gura 1.18) con alimentación de +5 y −5 voltios (para dar mayor resolución a la entrada), de tal forma que el usuario logre ajustar la velocidad y la dirección de giro resultante del sistema según sus necesidades, el comparador (fi gura 1.20), el amplificador de ganancia ajustable y etapa de potencia (fi gura 1.24), el proceso por controlar (motor de CD) y el tacómetro a manera de sensor (fi gura 1.25). De esta manera, al retroalimentar la salida del tacómetro al terminal 2 del comparador se obtiene la configuración completa que se observa en la fi gura 1.26.