Respuesta de Estado Estable

Laboratorio de Estabilidad (IE-415) – Instructor: Omar Ávila

Experimento 2: Respuesta de Estado Estable de un Motor de C.C.

Resumen- En esta práctica, fuimos introduciendo paulatinamente valores determinados de voltaje en un rango ya establecido dentro de dos intervalos; uno positivo (0.5 V a 13 V) y otro negativo (-0.5 a -13V); con estos voltajes determinábamos la velocidad del motor (RPM) y, además, observamos ciertos fenómenos propios de un motor, como ser la zona muerta.

Palabras Clave—Estado Estable, Motor, Velocidad, zona muerta

1. INTRODUCIÓN

En sistemas de control la respuesta en el tiempo se divide normalmente en dos partes: la respuesta transitoria y la respuesta en estado estable. En esta práctica nos centraremos en la respuesta de estado estable y para ello estudiaremos un motor de c.c. La respuesta en estado estable es en esencia la parte de la respuesta total que permanece después que la transitoria ha desaparecido. También cabe destacar que la respuesta en estado estable es de suma importancia en sistemas de control ya que esta indica en donde termina la salida cuando el tiempo se hace muy grande. En general, a la hora de diseño las especificaciones se proporcionan normalmente en términos del desempeño transitorio y en estado estable, y los controladores se diseñan para que todas esas especificaciones sean cumplidas por el sistema diseñado, dando esto una prueba más de la importancia de conocer e interpretar el estudio de respuesta en estado estable.

1. Objetivos

1. Determinar la ganancia en estado estable del motor c.c para los intervalos positivo y negativo de la tensión de entrada.
2. Comprender que es la zona muerta en un motor de c.c.
3. Observar el comportamiento por medio de una gráfica de la tensión de entrada con respecto a la velocidad del motor CC.

1. Marco Teórico      

La respuesta de estado estable de un motor de cc. Producirá el alcance de equilibrio de temperatura en condiciones constantes del sistema

Modelo Matemático del Motor de DC. El primer paso para diseñar un sistema de control es determinar el comportamiento dinámico de la planta a controlar, es decir, conocer su modelo teórico, en este caso, la F.T. de un motor de DC controlado por armadura.  La velocidad de un motor de CC puede ser controlada regulando la tensión de armadura, por lo tanto, se debe utilizar un convertidor de potencia que permita realizar dicha regulación de una manera eficiente. El convertidor que más se adecúa a los requerimientos de un motor de CC es el convertidor CC-CC puente completo el cual permite regular la velocidad en ambos sentidos de giro. El convertidor de potencia CC-CC es el encargado de acondicionar la energía proveniente de la fuente de CC con el objetivo de regular la tensión de armadura del motor. Al realimentar el sistema, la velocidad de salida es comparada con la velocidad de entrada y se produce una señal de error (𝑠) = Ω𝑅 (𝑠) − Ω(s). Esta señal de error por realimentación genera efectos sobre el desempeño del sistema (Kuo, 1996), ya sea incrementando o disminuyendo la ganancia global del sistema (velocidad), reduciendo la estabilidad del sistema, afectando la sensibilidad y contribuyendo a reducir los efectos de perturbaciones externas. Para efecto de análisis, la F.T. del motor será normalizada a la velocidad máxima, y la respuesta queda expresada en unidades normalizadas (u.n.), así que la ganancia de referencia para las simulaciones subsecuentes será la unidad.

1.      Materiales y Equipo

• Tacómetro
• Jumpers.
• Multímetro

1. Procedimiento

1. Conectamos de acuerdo con la Figura 2.2, los siguientes elementos sobre la unidad de control:

• Comprobamos que el interruptor S1 estuviera en NORMAL.
• Conectamos la salida del potenciómetro del nivel de referencia P2 a la entrada IN1 del amplificador sumador.
• Conectamos la interfaz digital de la velocidad del motor al contador de frecuencia.
• Conectamos la salida del amplificador sumador al voltímetro (DVM).

1. Pusimos el interruptor de tensión de la unidad de control en ON.
2. Pusimos el potenciómetro del amplificador sumador en la posición 3.
3. Ajustamos mediante el potenciómetro del nivel de referencia P2 la salida del amplificador sumador a cero volts.
4. Conectamos la salida del amplificador sumador a la entrada de la interface del motor de acuerdo a la Figura 2.2.
5. Variamos según la Tabla 2.3, mediante el potenciómetro del nivel de referencia, la tensión de salida del amplificador sumador. Anotamos en la misma tabla los valores de la velocidad indicados por el contador de frecuencia.
6. Repetir el paso 6 utilizando la Tabla 2.4.
7. Repetir los pasos 6 y 7 para tensiones de entrada negativa y llenar las Tablas 2.5 y 2.6.
8. Desconectamos la unidad de control pasando el interruptor de tensión a OFF.
9. Desconectamos todas las conexiones de la unidad de control.

1. Tablas Y Gráficos Análisis

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Figura 2.2.  Conexiones para el experimento.

TABLA 2.3 Velocidades del motor para incrementos de tensión de entrada positiva.

TABLA 2.4: Velocidades del motor para decrementos de tensión positiva de entrada