EXPERIMENTOS CON EL SERVO SISTEMA MODULAR MS150

El Servo Sistema Modular MS150 (marca Feedback) es un equipo que permite desarrollar experimentos sobre control de velocidad de un motor y sobre control de posición. El equipo consta de los siguientes elementos:

1. Una base de madera con un recubrimiento metálico, sobre la cual se pueden colocar (sujetos mediante imanes) los módulos que componen el sistema

2. Módulo OU150A o OA150A: amplificador operacional

3. Módulo AU150B: atenuadores (potenciómetros)

4. Módulo PA150C: preamplificador

5. Módulo SA150D: servo-amplificador para el motor

6. Módulo PS150E: fuente de poder para el sistema

7. Módulo MT150F: motor y tacómetro (de DC)

8. Módulo IP150H: potenciómetro de entrada

9. Módulo OP150K: potenciómetro de salida

10. Módulo LU150L: carga mecánica (freno magnético)

Cada experimento utiliza un determinado número de los módulos anteriores, interconectados mediante cables.

RECOMENDACIONES:

1. Antes de encender la fuente de poder para cualquier experimento, asegúrese de que le circuito esté bien cableado. Revíselo.

2. No deje que el motor gire a muy altas velocidades durante mucho rato, para evitar que pueda dañarse.

3. No permita que la corriente del motor sobrepase los 2 amperios en forma permanente.

4. Antes de encender la fuente, analice el circuito montado y trate de entender su funcionamiento. Así obtendrá un mejor provecho del mismo.

5. NO ESCRIBA NI RAYE EN ESTA GUIA. Saque una fotocopia de la misma.

PRACTICA 1: CONTROL DE VELOCIDAD A MALLA ABIERTA

A. Control por armadura

1. Obtención de la característica del tacómetro.

1. Arme el circuito de la figura 11. Note que el motor queda en “control por armadura”.

2. Coloque el potenciómetro de entrada en cero.

3. Poner el freno magnético en la posición de no carga (completamente fuera).

1

4. Coloque en ON el switch de encendido ( en el módulo PS150E ).

5. Gire el potenciómetro de entrada (control de velocidad ) hasta que el tacómetro genere un voltaje de 1 V.

6. Mida la velocidad del motor (en RPM = revoluciones por minuto) utilizando el estroboscopio. Asegúrese que el estroboscopio mida la frecuencia de giro correcta y no un múltiplo o submúltiplo de la misma. Compruebe la medida de velocidad, utilizando el siguiente método: mida con un reloj (preferiblemente con un cronómetro) el tiempo empleado por el eje de baja velocidad del motor (relación 30:1 con el eje del motor) en girar 20 o 30 revoluciones. Calcule la velocidad del motor en RPM.

7. Repita el procedimiento anterior, girando el potenciómetro de entrada hasta que el tacómetro genere 2, 3, 4 y 5 voltios.

Voltios en tacómetro

No. de revoluciones

Tiempo en segundos

Velocidad en RPM (calculada)

Velocidad en RPM con el

estroboscopio

1

2

3

4

5

Para el informe:

1. Grafique los resultados así: Velocidad del motor vs Voltios de tacogenerador

2. Calcule la ganancia del tacogenerador, es decir, la relación Voltios/1000 RPM.

2. Obtención de la pendiente de la curva Velocidad del motor vs Voltaje de entrada al servomotor, con el motor en vacío.

1. Ajustar la tensión de entrada hasta que justamente el motor empieza a girar.

2. Medir la tensión de entrada y la tensión generada por el tacogenerador y anotar como se indica en la tabla siguiente.

3. Aumentar la tensión de entrada en intervalos de 1 voltio, y tomar las lecturas de los voltajes de entrada y del tacogenerador, hasta que el motor esté girando a unas 5000 RPM. No deje que el motor gire a esta velocidad por mucho tiempo.

Voltaje de entrada al servomotor

Voltaje en el tacómetro Velocidad en RPM

2

Voltaje de entrada al servomotor

Voltaje en el tacómetro Velocidad en RPM

Para el informe:

1. Grafique los resultados así: Velocidad del motor vs Voltaje de entrada al servomotor.

2. Calcule la pendiente Voltios de entrada/1000 RPM

3. Medición de las características Par-Velocidad

1. Colocar la velocidad del motor en cero.

2. Coloque el freno magnético en la posición 10 (máximo freno), sobre el disco de aluminio, asegurándose de que al girar el disco, no roce con el freno.

3. Aumentar la velocidad del motor hasta que la corriente en el motor sea de 2 amperios (NO MAS).

4. Anotar la tensión de entrada y la tensión en el tacogenerador. Use la tabla siguiente.

5. Disminuir el freno y anotar la tensión del tacogenerador, según la tabla adjunta.

Posición del freno Voltaje en el tacómetro Velocidad en RPM

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

3

Para el informe:

1. Grafique los resultados así: Posición del freno vs Velocidad del motor. Note que esta gráfica corresponde a la curva Torque vs Velocidad del motor, para el voltaje de entrada que se le aplicó al servomotor..

A. Control por campo

Aquí se estudiará la característica del motor controlado por campo.

2. Arme el circuito de la figura 11A. Note que el motor queda en “control por campo”.3. Ponga el motor en vacío, llevando el imán del freno por fuera del disco del motor.4. Aumente gradualmente la tensión de entrada. Inicialmente el motor no girará ya que no

tiene suficiente par para vencer la fricción de las escobillas.5. Vigile la tensión del tacogenerador para no permitir que la velocidad del motor pase de

5000 RPM. OJO: el motor acelerará muy rápido. Observe la diferencia con el funcionamiento del motor controlado por armadura..

6. Coloque el freno magnético al máximo y varíe la señal de entrada hasta que la corriente del motor sea justo de 2 amperios. Anote la tensión en el tacómetro. Anote la tensión de entrada.

7. Disminuir el freno y anotar la tensión del tacogenerador, según la tabla adjunta.

Posición del freno Voltaje en el tacómetro Velocidad en RPM

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Para el informe:

1. Grafique los resultados así: Posición del freno vs Velocidad del motor. Note que esta gráfica corresponde a la curva Torque vs Velocidad del motor, para el voltaje de entrada que se le aplicó al servomotor.

4

Consideraciones prácticas y aplicaciones

El motor del MS150 está siempre conectado de forma que pase la misma corriente por inductor y armadura. Sin embargo, los dos tipos de conexiones dan características diferentes.Conectada para control por campo, se comporta en forma análoga a un motor serie.Conectada para control por armadura, se comporta en forma análoga a un motor shunt o paralelo.

PRACTICA 2: CONTROL DE VELOCIDAD A MALLA CERRADA

1.Ajuste del cero del amplificador OU150A o del OA150A.

2. Con la fuente PS150E apagada, conecte la alimentación de +/- 15V al amplificador OU150A (o OA150) según se muestra en la figura 21.

3. Coloque el switch FEEDBACK SELECTOR en la resistencia de 100K (Ganancia = ?)

4. Conecte una de las entradas del amplificador a tierra (0 voltios).

5. Conecte un voltímetro en la salida del amplificador.

6. Coloque el switch de encendico de la PS150E en ON.

7. Ajuste el potenciómetro SET AMP ZERO o ZERO SET hasta que el voltaje de salida del amplificador sea lo más cercano posible a cero voltios.

2. Característica del control a malla cerrada

1. Arme el cirtuito de la figuras 20 y 21. Note que el servoamplificador está conectado para control de armadura.

2. Coloque el switch FEEDBACK SELECTOR en la resistencia de 100K (Ganancia = ?)

3. Coloque el potenciómetro de control de velocidad en cero.

4. Coloque el switch de encendido de la PS150E en ON.

5. Gire el potenciómetro de control de velocidad hasta que justamente el motor comience a girar. Anote el voltaje entregado por el potenciómetro, el voltaje generado por el tacómetro y la tensión de error. Use la tabla siguiente. OJO: si el motor se desboca, regrese rápidamente el potenciómetro a cero, intercambie la conexiones del tacogenerador y repita el paso 5. PREGUNTA: Porqué se desboca el motor ?.

6. Aumentar gradualmente el voltaje de referencia, tomando lecturas sobre el rango de velocidad del motor hasta las 5000 RPM, de acuerdo a la tabla siguiente (por ejemplo, cada 1000 RPM).

Tensión de referencia Tensión de error Voltaje en el tacómetro

Velocidad en RPM

5

Tensión de referencia Tensión de error Voltaje en el tacómetro

Velocidad en RPM

Para el informe:

1. Grafique los resultados así: Tensión de referencia vs Velocidad del motor.

2. Comparar los resultados con los obtenidos en la Práctica 1.

3. Cuando se desboca el motor, ¿ qué tipo de realimentación tiene el sistema ?.

3. Característica del control a malla cerrada con carga

1. Arme el cirtuito de la figura 20 y 21. Note que el servoamplificador está conectado para control de armadura.

2. Coloque el switch FEEDBACK SELECTOR en la posición EXTERNAL FEEDBACK.

3. Ajustar el potenciómetro de realimentación en la posición 10 (Ganancia = 1).

4. Coloque el freno magnético en la posición cero (sin freno).

5. Coloque el potenciómetro de control de velocidad en cero

6. Coloque el switch de encendido de la PS150E en ON.

7. Gire el potenciómetro de control de velocidad hasta que la velocidad del motor sea de 1000 RPM. Anote la posición del freno, el voltaje entregado por el potenciómetro, el voltaje de error y el voltaje generado por el tacómetro. Use la tabla siguiente. OJO: si el motor se desboca, regrese rápidamente el potenciómetro a cero, intercambie la conexiones del tacogenerador y repita el paso 7.

8. Varíe la posición del freno de 1 a 10, anotando los datos según la tabla siguiente. Tenga cuidado de NO sobrepasar los 2 A de corriente en el motor.

9. Repita todo el procedimiento anterior, pero modifique el punto 3, colocando el potenciómetro de realimentación en la posición 1 (Ganancia =10).

Ganancia = 1

Posición del freno

Tensión de referencia

Tensión de error Voltaje en el tacómetro

Velocidad en RPM

0

1

6

Posición del freno

Tensión de referencia

Tensión de error Voltaje en el tacómetro

Velocidad en RPM

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Ganancia = 10

Posición del freno

Tensión de referencia

Tensión de error Voltaje en el tacómetro

Velocidad en RPM

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Para el informe:

1. Grafique los resultados así: Tensión de error vs Posición del freno, para los dos valores de ganancias.

2. Grafique los resultados así: Velocidad en RPM vs Posición del freno, para los dos valores de ganancias.

3. Haga un análisis de las gráficas obtenidas.

7

PRACTICA 3: CONTROL DE POSICION

1. Arme el circuito de la figuras 42 y 43. Conecte el potenciómetro de salida (OP150K) al eje de baja velocidad del motor. Analice el funcionamiento del sistema. ¿ Qué se supone que hace ?.

2. Coloque el switch FEEDBACK SELECTOR en la resistencia de 100K.

3. Coloque en cero el potenciómetro de realimentación. (Porqué es de realimentación ?).

4. Coloque en ON el switch de encendido del módulo PS150E.

5. Coloque el potenciómetro de control de la posición (o de entrada), en su punto medio (puede medir el voltaje en el mismo, ya que seguramente esta posición no concuerda con la mitad de la escala graduada pintada en el potenciómetro).

6. Coloque el potenciómetro de ganancia en la posición 3 de su recorrido. (Porqué es de ganancia ?)

7. Gire el potenciómetro de entrada suavemente hacia adelante y hacia atrás, alrededor de su punto medio. El potenciómetro de salida debe “seguir” al de control. Si no es así, revise el circuito y vuelva a hacer la prueba. OJO: si el circuito se “desboca” (el potenciómetro de salida empieza a girar permanentemente), apagar la fuente. En este caso la realimentación del sistema es positiva y no negativa. Invierta la polaridad de la realimentación (cómo hacerlo ?) y vuelva al punto 3.

8. Coloque el potenciómetro de entrada o de posición, unos 20 o 30 grados a un lado del punto medio. Anote el ángulo indicado en las escalas de los potenciómetros de entrada y salida. Use la tabla siguiente.

9. Gire rápidamente el potenciómetro de entrada unos 40 a 60 grados hacia el otro lado de la posicón media. Anote el ángulo indicado en las escalas de los potenciómetros de entrada y salida y la señal de error, según la tabla ya indicada.

10. Aumente hasta 4 la posición del potenciómetro de ganancia y repita el punto 8. Repetir este proceso hasta que el potenciómetro de ganancia llegue a la posición 10.

11. Según el procedimiento anterior, ajuste ahora el potenciómetro de ganancia en el punto justo donde el potenciómetro de salida empieza a oscilar.

12. Aumente la señal realimentada desde el tacogenerador hasta detener la oscilación. Anote la posición.

13. Gire bruscamente el potenciómetro de entrada como en el punto 8 y observe la respuesta del potenciómetro de salida. Sigue oscilando ?. Si es así, aumente un poco más la realimentación. Anote la posición del mismo.

14. Aumente la ganancia del sistema hasta que haya de nuevo oscilación en el potenciómetro de salida. Anote la posición.

15. Repita los pasos 11 a 14 hasta que la ganancia llegue al máximo posible. No deje de anotar los datos.

16. Coloque ahora de nuevo el sistema en un punto en donde la salida oscil. Agregue algo de freno al disco del motor. Varíe bruscamente el potenciómetro de entrada. Observe el efecto del freno (amortiguamiento) en la salida. Anote sus observaciones.

8

Ganan-cia

Posición inicial de entrada (grados)

Posición final de entrada (grados)

A. Desviación de entrada (inicial –

final)

Posición inicial de

salida (grados)

Posición final de salida

(grados)

B. Desviación de salida (inicial –

final)

Desviación total (B-A)

(grados)

Señal error

(V)Oscila

?

Para el informe:

1. Al agregar la realimentación de velocidad al circuito, ¿ qué clase de sistema de control se tiene (P, PI, PD, etc.) ?.

2. Escriba sus observaciones al analizar el comportamiento del sistema ante diferentes valores de ganancia, realimentación, etc., que valga la pena destacar.

3. Qué ocurre con la respuesta de la salida, al agregar freno al disco del motor ?.

9

10

PreAmplifi-cador

ServoAmplifi-cador

Fuente de Poder

MotorTaco

Salida

- 15+ 15

+ 15

- 15

Entrada

Ganancia

11

SA 150 D PS 150 E

PA 150 C

+15 -15

COM

1 2

MT 150 F

LU 150 L

A

AA

F F

F

+15 COM -15