Control de motor con potenciometros (arduino)
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Este documento describe el desarrollo de un sistema robótico de dos grados de libertad controlado mediante un controlador PID implementado en Arduino. El sistema consiste en dos eslabones unidos por ejes rotacionales, con potenciómetros que funcionan como encoders para medir la posición angular. El controlador PID, que incluye acciones proporcional, integral y derivativa, permite controlar la posición de los eslabones ante perturbaciones externas de manera efectiva. Los resultados muestran que el control PID proporciona un control más preciso de la posición que el control solo
Control de motor con potenciometros (arduino)
- 1. TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO/INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALTILLO ROBOTICA CONTROL SISTEMA ROBOTICO DE 2GDL 26/05/2017 Introducción En el siguiente trabajo se presentara el control de un sistema robótico de dos grados de libertad mediante el uso del software Arduino. El sistema cuenta con dos eslabones, dos ejes rotacionales y dos potenciómetros que funcionan como encoders. Se utilizará el controlador PD, es decir una acción proporcional y derivativa para controlar de una forma correcta la posición de los eslabones ante posibles perturbaciones ajenas al sistema. Funcionamiento Entre los dos eslabones y en la base se han fijado los potenciómetros que cambiaran el valor de su resistencia dependiendo del ángulo de la barra con respecto extremidad fija. Las dos patillas extremas están conectadas una a tierra y la otra a la señal de 5voltios, la patilla central la conectamos a una de las entradas analógicas de nuestra placa de Arduino. Esta conexión es la llamada “regulador de tensión” y lo que hace es que dependiendo de la posición del potenciómetro tendremos diferentes tensiones, siempre entre los límites marcados de 5 voltios límite superior y 0 voltios el inferior. El motor dependiendo del voltaje que reciba girara más deprisa o más despacio haciendo que nuestro eslabón al estar unida con un grado de libertad se mueva con un movimiento circular. En conclusión a través de una salida digital de arduino movemos el eslabón y a través de una entrada analógica sabemos la posición que ocupa ese eslabón PRACTICA: CONTROL DE POSICION DE UN SISTEMA ROBOTICO DE 2 GDL AUTORES: EMMANUEL DEL RIO CALVILLO JOSE JUAN VEGA MARIO ALBERTO ESPINOSA TUTOR: ING. ALFREDO VALENTIN REYES ACOSTA
- 2. TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO/INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALTILLO ROBOTICA CONTROL SISTEMA ROBOTICO DE 2GDL 26/05/2017 Diagrama del sistema robótico de 2 GDL Fundamentos Teóricos PID El controlador PID es un controlador realimentado cuyo propósito es hacer que el error en estado estacionario, entre la señal de referencia y la señal de salida de la planta, sea cero. El control PID es con diferencia el algoritmo de control más común, siendo utilizado en el 95% de los lazos de control que existen en la industria. Las tres componentes de un controlador PID son: la acción proporcional, acción Integral y la acción derivativa. A continuación mostramos el diagrama de bloques con el que se representa este controlador. Acción de control proporcional El objetivo de esta acción es que una vez ajustado el error en estado estacionario sea cero respecto a una referencia fija. La salida que obtenemos de ella es proporcional al error siendo esta (𝑡)=𝐾 𝑝∙(𝑡), por lo tanto la función de transferencia de la acción proporcional será nada más que una ganancia ajustable. REFERENCIA CONTROL SYS SALIDA V(𝜃) POTENCIÓMETRO
- 3. TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO/INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALTILLO ROBOTICA CONTROL SISTEMA ROBOTICO DE 2GDL 26/05/2017 Acción de control integral La salida de este controlador es proporcional al error acumulado, por la tanto será de respuesta lenta. La finalidad de esta acción es que la salida concuerde con la referencia en estado estacionario, pudiendo esta cambiar sin tener que cambiar la Ki a diferencia del control proporcional. Se produce un mejor ajuste que con la acción proporcional por que con esta un pequeño error con el tiempo se hace grande por lo que se tiende a corregir. Acción derivativa Esta acción actúa cuando hay un cambio en valor absoluto del error. Por lo tanto no se empleara nunca ella sola ya que solo corrige errores en la etapa transitoria. Es una acción predictible por lo tanto de acción rápida. Su objetivo es corregir la señal de error antes de que se haga está demasiado grande. La predicción se hace por la extrapolación del error de control en la dirección de la tangente a su curva respectiva Graficas de las diferentes acciones de control PID: Acción Proporcional Acción Integral Acción Derivativa PWM La modulación por ancho de pulsos (PWM) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica, ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga. El PWM tiene varias aplicaciones pero a nosotros la que nos interesa es la de convertidor ADC, lo que nos permite simular una salida analógica con una salida digital.
- 4. TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO/INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALTILLO ROBOTICA CONTROL SISTEMA ROBOTICO DE 2GDL 26/05/2017 Resultados
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- 7. TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO/INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALTILLO ROBOTICA CONTROL SISTEMA ROBOTICO DE 2GDL 26/05/2017
- 8. TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO/INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALTILLO ROBOTICA CONTROL SISTEMA ROBOTICO DE 2GDL 26/05/2017 Conclusión Después de haber “experimentado” el simple control P y el control más completo PID, resultó ser más preciso en cuando a la posición del esclavo al momento de mover el potenciómetro. La sumas (por la parte integral) y las restas (parte derivada) hacen de éste control el más efectivo y recomendado para éste tipo de proyectos, y si bien el control PD ya garantiza una posición acertada, no se compara aún con la completa acción del control PID. Con esto se cierra éste proyecto que comenzó desde el ensamble de los eslabones al motor y al potenciómetro, así como asignar los grados que se mueve dicho potenciómetro, hasta realizar el control de ambos eslabones.