Control PID automático de velocidad de un motor DC

[Adonayo]

Hola... Tengo una duda y espero que alguien me pueda ayudar...

Tengo un motor DC (12 V) en el cual quiero controlar su velocidad mediante un control PID, hasta aqui no hay problema pues ya tengo un circuito hecho el cual hace esto, solo que la velocidad de giro del motor la controlo mediante un potenciometro.

El problema aqui es que necesito quitar ese potenciometro, y meterle un "algo" que haga lo que el potenciometro pero sin que intervenga el factor hombre, para así hacerlo automático.

No tengo ni la mas minima idea de si podría modificar el circuito que ya tengo o no se que mas pueda hacer.
Para explicarme mejor, les escribo el ejemplo que me puso mi profe de control:

"Imagínate que tienes una banda, que pasa a una cierta velocidad. Ahora imagina que le pones una carga, por lógica la velocidad en la banda con el peso proporcionado por la carga disminuye, entonces lo que queremos es que mediante el control PID tu compenses esa perdida de velocidad y automáticamente se aumente el voltaje de la señal de referencia para que así la banda se desplace a la misma velocidad que lo haría sin carga"

Les agradezco sus respuestas y opiniones...

*Adjunto el diagrama del circuito que ya tengo

 

[Beah]

Podrías poner retroalimentación.... La misma banda tiene un motor X, que en relentí (normal) genera X voltaje, y con un comparador, se le mete el mismo voltaje, dando como salida 0... cuando vaya lento, dará un resultado X... ese voltaje irá a un circuito calibrado para que salga a un transistor con el cual puedas manejarlo dentro de la gráfica... o algún circuito de Modulación por Ancho de Pulso...

es una idea....

 

[Adonayo]

Beah, gracias por tu respuesta.
He visto que me faltaba la retroalimentación gracias a tu comentario, (de hecho creo que si la tenia pero en el lugar equivocado) así que he modificado el diagrama, le he hecho unos ajustes de mas y me gustaria que me dieran su opinion acerca de ello.

Les explico:
Se supone que el voltaje de referencia, es eso, el nivel al cual siempre debe de estar funcionando el motor...
Despues, el potenciometro de 500k lo utilizo como simulación de carga (volviendo al ejemplo de la banda, esto seria analogo al peso sobre la banda)

Entonces, segun yo, esto ya seria un controlador PID automatico de velocidad de un motor de cd, ¿o me equivoco?

 

[Felix Juan]

Entonces, segun yo, esto ya seria un controlador PID automatico de velocidad de un motor de cd, ¿o me equivoco?

Sí, te equivocas . Fíjate en este último esquema que has mandado. Tal y como está conectado, el potenciómetro simulador de carga no hace absolutamente nada.

Volviendo al primer circuito: Veo que a las entradas de U1A tienes un potenciómetro en cada una de ellas. ¿Para qué? Se supone que a la entrada 'no inversora (+)' llevas la referencia o consigna de la velocidad a la que quieres que funcione el motor. Esta consigna la puedes sacar de un potenciómetro o de cualquier otra señal de control que te interese (una salida analógica de un PIC, por ejemplo).

A la entrada 'inversora' le debería llegar una tensión proporcional a la velocidad del motor. Simplemente con eso se produce la retroalimentación. Para conseguir una señal proporcional a la velocidad del motor debes ponerle algún sensor de velocidad a dicho motor. En motores grandes se usan dinamos tacométricas (no es el caso). En motores pequeños se usan varias opciones:

- Un circuito que entrega una señal de velocidad en función de la f.c.e.m., poco preciso pero sencillo.

- Unas marcas blancas y negras en la polea del motor, un sensor óptico, y un convertidor frecuencia tensión. Mas complicado pero muy preciso.

- Algún tipo de sensado en el resultado final. Un CD mide la velocidad con el propio CD, según el intervalo de tiempo entre las grabaciones de bits.

Espero que te sirva, porque así de forma teledirigida es difícil ayudar mucho más. Por cierto, dale un repaso a las polaridades que me parece que tienes la alimentación al revés.

 

[Adonayo]

Gracias Felix Juan por tu magnifica respuesta...
Jeje, yo que ya me había emocionado, has matado todas mis ilusiones ... no te creas, así ya se que mi idea es totalmente erronea

Bueno, entonces suponiendo que elimino ese potenciometro inservible, ¿lo podria remplazar con un generador conectado al rotor del motor?

Y si es posible, ¿donde podría conectar sus terminales?

Agradezco de nuevo sus respuestas, ideas y opiniones...

Saludos.

 

[Felix Juan]

De verdad que no quería matar nada, y mucho menos tus ilusiones.

No te puedo responder con un esquema porque ahora no tengo ningún programa para dibujar. Volvamos al primer esquema, que está más claro (insisto en que la alimentación, tal y como has dibujado las baterías, está al revés).

Sí podrías reemplazar el potenciómetro por un generador. De hecho, deberías hacerlo. No se qué tipo de generador podrás conseguir que sea tan pequeño como para utilizar con un motor de CD, pero ahí vas a tener tu búsqueda y tu logro. La salida de este generador la conectas entre masa y el mismo punto donde hasta ahora tenías conectado el potenciómetro. Con eso ya tienes la retroalimentación.

 

[antiworldx]

Si no quieres usar un generador, usa un detector de pulsos, como un infrarrojo con su emisor, receptor, asi tu detectas la frecuencia con que se mueve la banda.

Ahora, que pasa si usas un filtro sintonizado justo en la frecuencia maxima a detectar?, pues tendras un voltaje que aumenta y baja dependiendo de la frecuencia del detector. y asi ya tienes un detector mas preciso que un generador.

 

[Felix Juan]

Ahora el que necesita un poco de ayuda soy yo. La verdad es que los filtros no son lo mío.

Ahora, que pasa si usas un filtro sintonizado justo en la frecuencia maxima a detectar?

Filtro pasabajos? Pasaaltos? Alguna referencia sobre esta técnica? Gracias.

 

[Adonayo]

Felix Juan
Perdona mi ignorancia, pero a que te refieres con esto:

(insisto en que la alimentación, tal y como has dibujado las baterías, está al revés).

Segun esto, es una fuente dual de voltaje +/-12V, el punto que une a ambas esta referenciado a masa.
Si te refieres a que estan mal conectados los A.O. en la datasheet del TL084CN en el pin 4 entra Vcc + y en el pin 11 Vcc -
El que si esta mal conectado es el TIP32C puesto que se alimenta de tensión negativa.hno:
¿Te refieres a alguno de los puntos arriba mencionados? o ¿es en otro lado donde estan mal?

Sí podrías reemplazar el potenciómetro por un generador. De hecho, deberías hacerlo. No se qué tipo de generador podrás conseguir que sea tan pequeño como para utilizar con un motor de CD, pero ahí vas a tener tu búsqueda y tu logro. La salida de este generador la conectas entre masa y el mismo punto donde hasta ahora tenías conectado el potenciómetro. Con eso ya tienes la retroalimentación.

Gracias, he realizado esto con exito... el generador que utilice fue uno similar al que utilizo como motor.
El problema ahora es que no me controla nada... el motor gira sin control, (a lo tonto pues) puesto que el potenciometro de la señal de referencia (el potenciometro de 10k) no hace absolutamente nada, lo intente conectar con el emisor del transistor, pero se quemo supuse que se debio a la poca resistencia ofrecida, pero... ¿que otra cosa podria causar esto?

antiworldx gracias por responder...

Si no quieres usar un generador, usa un detector de pulsos, como un infrarrojo con su emisor, receptor, asi tu detectas la frecuencia con que se mueve la banda.

Ahora, que pasa si usas un filtro sintonizado justo en la frecuencia maxima a detectar?, pues tendras un voltaje que aumenta y baja dependiendo de la frecuencia del detector. y asi ya tienes un detector mas preciso que un generador.

Esto suena interesante, ¿nos podrias explicar mas detalladamente por favor?

Gracias de nuevo y saludos

 

[Beah]

Creo que debes primero ver que voltage genera el motor antes de conectarlo, estando a relentí... y buscas un comparador para ese parametro... o creas un divisor de voltage para no dañar al que ya tienes....

 

[Felix Juan]

Felix Juan
Perdona mi ignorancia, pero a que te refieres con esto:

Segun esto, es una fuente dual de voltaje +/-12V, el punto que une a ambas esta referenciado a masa.
Si te refieres a que estan mal conectados los A.O. en la datasheet del TL084CN en el pin 4 entra Vcc + y en el pin 11 Vcc -
El que si esta mal conectado es el TIP32C puesto que se alimenta de tensión negativa.hno:
¿Te refieres a alguno de los puntos arriba mencionados? o ¿es en otro lado donde estan mal?

El TIP32C se alimenta de tensión positiva, según el esquema, ya que tiene el colector conectado a la misma linea que el pin 4 del TL084 (que como ya me has explicado, es positivo). Pero entonces debería ser un transistor NPN, no un PNP (esto es lo que me ha despistado).

El que si tienes mal conectado es U2A, ya que no puedes dejar un operacional sin realimentación de ningún tipo. Se lanza hacía positivo o negativo al menor desequilibrio entre las entradas.

 

[Adonayo]

El TIP32C se alimenta de tensión positiva, según el esquema, ya que tiene el colector conectado a la misma linea que el pin 4 del TL084 (que como ya me has explicado, es positivo)...

Mmm sí, tienes razón, es por eso que decía que estaba mal conectado, debería estar alimentado de tensión negativa, jaja aunque creo que ya me confundi un poco

...Pero entonces debería ser un transistor NPN, no un PNP (esto es lo que me ha despistado).

Corrigeme si me equivoco, lo que tu dices es que así tal cual esta el diagrama deberia estar conectado un transistor NPN, ¿o no? Entonces ese TIP32 debería ser cambiado por un TIP31, lo probaré y vere que sucede...

El que si tienes mal conectado es U2A, ya que no puedes dejar un operacional sin realimentación de ningún tipo. Se lanza hacía positivo o negativo al menor desequilibrio entre las entradas.

Pues segun yo, la retroalimentación (realimentación) seria la suma de las señales de U1B, U1C y U1D ... de eso sí estoy seguro pues es un controlador PID y al menos así me enseñaron que es su "estructura". O talvez te refieras a otra cosa, si es así, me encantaría que me orientaras al respecto

Saludos y de nuevo muchas gracias por tu interes mostrado en este tema

 

[Felix Juan]

Corrigeme si me equivoco, lo que tu dices es que así tal cual esta el diagrama deberia estar conectado un transistor NPN, ¿o no? Entonces ese TIP32 debería ser cambiado por un TIP31, lo probaré y vere que sucede...

Si, pon un npn tal cual tienes conectado el TIP32 (colector a colector, emisor a emisor).

Pues segun yo, la retroalimentación (realimentación) seria la suma de las señales de U1B, U1C y U1D ... de eso sí estoy seguro pues es un controlador PID y al menos así me enseñaron que es su "estructura". O talvez te refieras a otra cosa, si es así, me encantaría que me orientaras al respecto

No me refiero a la retroalimentación como circuito de control. Eso ya está como tú bien dices. Me refiereo a la realimentación del U2A. Debería haber una resistencia (probablemente de 1k pero mejor pon una ajustable y prueba) conectada entre la entrada inversora de U2A (pin 2) y el emisor de Q2. Este paso sumador-inversor necesita su propia realimentación igual que los demás pasos.

Acabo de encontrar este tutorial en otro foro que está muy bien:

http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=30030.0

Pregunta a moderador: ¿Esto se llama canibalizar foros?

 

[Adonayo]

Debería haber una resistencia (probablemente de 1k pero mejor pon una ajustable y prueba) conectada entre la entrada inversora de U2A (pin 2) y el emisor de Q2. Este paso sumador-inversor necesita su propia realimentación igual que los demás pasos.

Gracias por tu aporte!
No sabía que era necesario. Más bien no recordaba todo eso de la ganancia del A.O. se me pasó

Acabo de encontrar este tutorial en otro foro que está muy bien:

http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=30030.0

Pregunta a moderador: ¿Esto se llama canibalizar foros?

Ese circuito ya lo había armado, y solo una vez me salio, nunca supe como funcionaba, pero este tuto esta muy bueno y muy bien explicado ... De hecho, trate de armar este mismo recientemente y "modificarlo" para hacerlo automático, no pude hacer que funcionara por X razón... entonces después de andar probando, termine por armar el circuito que postee en un principio.
Creo que iniciare desde "cero", pero anexando todo lo que han aportado...
Espero que funcione y publicar el resultado final, talvez en un futuro lo podamos mejorar!

Una vez más, GRACIAS Felix por compartir tus conocimientos

 

[Felix Juan]

De nada. Espero impaciente tus resultados exitosos.

 

[tecol]

adoyano !! hola ! pudiste realizar el control del motor ?

 

[Adonayo]

Hola de nuevo!
Les comento mis resultados:
Mi circuito termino mal, explotaron los operacionales debo decir que fue impresionante, pero fue aun mas desepcionante (reprobe el curso).
Ya ni supe que hice mal, de hecho desde un principio estaba funcionando mal puesto que queme 2 potenciometros de 100 k ohms, lo cambie por uno mas grande 1Mohm y ya no supe el resultado final pues explotaron los A.O.

Me gustaria que pudieran ayudarme a diseñar uno que no explote, no quiero quedarme con la duda de: ¿como demonios se hace?, ¿que hice mal?

Disculpen la tardanza de mi respuesta pero estaba muy ocupado.

 

[antiworldx]

Por que no intentas hacerlo digital con un microcontrolador?

 

[Felix Juan]

Míralo por el lado bueno: has inventado un detonador.

Para quemar un potenciómetro de 100Kohm has tenido que meter un montón de voltios en algún sitio inadecuado (por ejemplo, entre el cursor y un extremo). Por lo que cuentas las cosas te explotan por algún fallo en las conexiones, porque en el esquema no hay nada que explote (en principio).

No se, prueba con otro montaje más sencillo a ver si te funciona y luego vuelves a este a ver qué pasa. Y piensa:

- Cuantas más veces fracasas más cerca está el éxito (El vendedor más grande del mundo - Og Mandino).

- Cuanto mayor es el reto más grande es la gloria (Frase mía que después supe que también era de Jessica Cox -

)

- Se sufre, pero se aprende (El Gran Wyoming - http://es.wikipedia.org/wiki/Gran_Wyoming).

Animo y ¡¡SUERTE!!

 

[Adonayo]

@antiworldx:
No tenia ni idea de que se pudiera realizar con un micro, aunque aún me resulta un poco complicado el tema de los microcontroladores pues apenas voy llevando ese curso (de hecho el curso es sobre microprocesadores, pero por lo que entiendo es mas fácil de usar un microcontrolador, ¿no?). Ademas, el problema es que se tenia que hacer con una configuración PID con Amplificadores Operacionales...
Por supuesto, agradeceria que nos orientaras en esos menesteres, así podria intentar hacerlo de otra forma.

@Felix Juan:
Gracias por las palabras de apoyo
Intentare de nuevo e ire paso a paso, primero simulando y si todo esta bien armare el prototipo FIJANDOME BIEN en no conectar nada mal (ya que como comenteas, seguramente fue ese el problema)

Así que, ¡a retomar el tema! Solo que iré un poco más lento puesto que mis deberes actuales me dificultaran estar de lleno en este proyecto.

¡Saludos!