elt 2692 sistemas de control ii laboratorio no. 1...

_____________________________________________________________________________________________LABORATORIO DE CONTROL E INSTRUMENTACION

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORUROFACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍACARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ELECTRÓNICALABORATORIO DE CONTROL E INSTRUMENTACIÓN

ELT 2692 SISTEMAS DE CONTROL IILABORATORIO No. 1

MODELADO Y RESPUESTA DE SISTEMAS LINEALESADQUISICIÓN DE DATOS-DAQ

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1.1. OBJETIVOS.- Realizar el montaje y medición de los sistemas lineales de: primer, segundo, tercer, y cuarto

orden realizado físicamente mediante amplificadores operacionales (A.O.), aplicando el computador analógico.

- Obtener el modelo matemático de los sistemas lineales de: primer, segundo, tercer y cuarto orden en forma analítica.

- Observar el comportamiento de la respuesta de los sistemas para un ingreso escalón, entrada sinusoidal, triangular y cuadrada; midiendo los tiempos y constantes característicos en base a la tarjeta de adquisición de datos (DAQ) PCL-812PG, PC LAB CARD de Advantech.

- Identificar los parámetros (a0, a1, a2, … , an y b0, b1, b2, … , bm) de las funciones de transferencia de los sistemas propuestos, mediante el software WINFACT 96 y la tarjeta de Adquisición de datos PLC-812PG.

1.2. FUNDAMENTO TEORICO.

Los modelos matemáticos de sistemas de control de parámetros concentrados, determinísticos, continuos, lineales, tiempo invariantes, de sistemas eléctricos, mecánicos, hidráulicos, térmicos y otros, en general tienen la misma forma de ecuaciones diferenciales y pueden ser clasificados de primer orden, segundo orden, tercer orden y ordenes superiores en relación directa con el orden de la derivada. El montaje de los sistemas de primer orden, segundo orden, tercer orden y cuarto orden, se realizara en el computador analógico constituido por amplificadores operacionales, con los cuales se puede realizar las operaciones de amplificación, suma, resta, integración, derivación, multiplicación, división y extracción de raíz cuadrada. Los amplificadores operacionales se alimentan con una tensión 15V. una de sus características es su alta impedancia de ingreso, vienen en circuitos integrados DIP 8 LM 741, cuádruple amplificador operacional LM324.

Asimismo, en este laboratorio se estudiara la aplicación de la tarjeta de adquisición de datos DAQ PCL 812 PG, la tarjeta de conexión se señales digitales y analógicas de entrada y salida (I/O) PCLD-780 y el software WINFACT 96, para la observación del comportamiento de la respuesta de los sistemas indicados.


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Las características de la tarjeta de adquisición de datos DAQ PCL 812 PG

Existen tarjetas mucho mas avanzadas como la tarjeta NI USB 6218 de la National Instruments, cuyas características técnicas más importantes son:

o 32 analog inputs (16-bit, 250 kS/s) o 2 analog outputs (16-bit, 250 kS/s); 8 digital inputs; 8

digital outputs; two 32-bit counters o 60 V CAT I isolation for improved accuracy and safety;

built-in signal connectivity o NI signal streaming for sustained high-speed data streams

over USB; OEM version available o Compatible with LabVIEW, LabWindows™/CVI, and

Measurement Studio for Visual Studio .NET o NI-DAQmx driver software and NI LabVIEW

SignalExpress LE interactive data-logging software


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1.3 DESARROLLO.

Formar grupos de trabajo para la ejecución, análisis y realización práctica de cada uno de los sistemas lineales en base a los amplificadores operacionales de las figuras 1 a 5. Cada grupo desarrollara un sistema elegido al azar.

1.- Cada grupo debe deducir el modelo matemático que describe el comportamiento de la salida del sistema que se les asigno, sistemas de las figuras 1, 2, 3, 4 y 5 de la guía. Asimismo, hallar la solución analítica de los mismos para un ingreso escalón e ingreso sinusoidal.

2.- Los grupos deben ejecutar en forma práctica los circuitos de las figuras 1, 2, 3, 4 y 5 en el computador analógico (de acuerdo al circuito asignado). Se tratan de sistemas de primer, segundo, tercer y cuarto orden respectivamente. En estos circuitos, utilice lo siguientes valores de resistencias y capacitancias: R = 100K, C = 4,7µF y C1=1µF.

3.- En cada uno de los sistemas, introduzca un ingreso escalón de -5V de amplitud. Con la ayuda de la tarjeta de adquisición de datos PCL 812PG, las aplicaciones BORIS e IDA del Winfact 96 determinar: el comportamiento de la respuesta y el modelo matemático más adecuado. Realice varias pruebas y elija el mejor. Las conexiones del computador analógico y DAQ se deben realizar como se aprecia en la siguiente figura. Las gráficas del comportamiento y modelo matemático deben estar adjuntas al informe.

4.- En el Winfact 96 aplicación BORIS, realice el siguiente diagrama para la adquisición de datos:

-

+

Ui

R

R

Tarjeta de adquisición de

datos

WINFACT

Uo

+12V

-12V

A1A3

A2A2

C

-5V

I


4

5.- Posteriormente variar los valores de resistencia R, capacitancias C y C1; con estos valores determine la respuesta y el modelo matemático para un ingreso escalón de -5V. (Realice por lo menos 4 variaciones).

6.- Con los valores de R = 100K, C = 4,7µF y C1=1µF, en los circuitos de las figuras 1, 2, 3, 4 y 5 mediante un generador de señales, introducir una señal sinusoidal, onda cuadrada y onda triangular que tenga un pico máximo de 5V y la frecuencia adecuada (f = 0.5 Hz). Con la tarjeta de adquisición de datos determinar y observar el comportamiento de la salida. Asimismo, halle en forma manual la respuesta analítica de los mismos.

1.4. CUESTIONARIOEn el informe de grupo todos los pasos del desarrollo deben estar incluidos, desde el modelado analítico hasta la adquisición de datos. Este informe será defendido en forma grupal (15 minutos para la exposición y 5 minutos para preguntas y respuestas). Asimismo, responder el siguiente cuestionario.

1- Halle el modelo matemático en forma analítica del sistema asignado al grupo para el ingreso escalón de amplitud – 5V y el ingreso de onda sinusoidal de amplitud máxima de 5V y frecuencia de 0,5Hz.2.- Investigue la clasificación más completa de los sistemas de control lineales y no lineales.3.- Realice una amplia explicación, de los conceptos de la respuesta transitoria y la respuesta en estado permanente.4.- Qué son los sistemas no lineales, realizar una explicación de los mismos incluyendo 2 ejemplos de procesos no lineales.5.- Investigue por lo menos dos softwares que permiten simular los circuitos utilizados en base a los amplificadores operacionales.6.- Utilice un asistente de sistemas de control para verificar y comparar el comportamiento de los sistemas de primer, segundo, tercer y cuarto orden (asignado a cada grupo).

1.5. CONCLUSIONES.

Indique ampliamente las conclusiones del laboratorio realizado.

BIBLIOGRAFIA[1] Katsuhiko Ogata INGENIERIA DE CONTROL MODERNA, cuarta edición. Prentice Hall Hispanoamericana 2003.[2] Benjamín C. Kuo AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS, septima edición, Prentice Hall, 1996.[3] www.ni.com[4] www.advantech.com

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