Diseño y construcción de un control velocidad con microprocesador para motores de corriente continua

Abstract

Esta tesis ha sido preparada para demostrar el uso de técnicas digitales, con la ayuda de microcomputadores, en controles industria les. Una de tales aplicaciones es el control de velocidad para motores eléctricos. En el control industrial de procesos, es en ciertos casos necesario ajustar la velocidad del motor en un amplio rango con una determinada resolución y reproductividad. El tremendo avance en la tecnología de semiconductores ha logrado la reducción de tamaño y costos además de aumentar la funcionalidad de los dispositivos digitales, tanto en unidades de procesamiento, interfaz, control y memorias en las escalas LSI y VLSI, que actualmente hacen factible su utilización, reemplazando a sus similares análogos con grandes ventajas, por cierto, en el control de motores de alterna y continua. El objetivo de este trabajo es el control de velocidad de un motor da corriente continua ya sea de excitación independiente o serie, mediante un microcomputador basado en el microprocesador Z80. La fuente de energía utilizada para alimentar el motor es un Troceador (Chopper) regenerativo tipo B de conmutación por corriente. El microcomputador tiene como función sensar la información necesaria para luego procesarla y generar las señales de control para la regulación de la velocidad. El Troceador es el elemento que en última instancia variara su comportamiento bajo el control del micro- computador para lograr la velocidad deseada. En la estructuración de esta tesis he seguido un procedimiento lógico en la sucesión de los capítulos, tratando de incluir la mayor parte del análisis y razón de cada uno de los pasos dados, complementando con gráficos, tablas y apéndices que proporcionen una idea clara y de conjunto a toda la tesis. En ciertos casos las conclusiones de algunos capítulos servirán de base para el siguiente, ya sea mediante fo^^las o criterios de evaluación. Dado que la nomenclatura en esta área es en idioma inglés y no existe un equivalente en español aceptado en forma general es que se utilizan estos términos en su forma original y otros con su traducción más próxima al español. Las unidades ^SC se usan en toda la tesis. El capítulo I ofrece una visión rápida de lo que es un Troceador, para luego seleccionar el tipo de Troceador a utilizar. Se hace un análisis completo de su funcionamiento, llegándose al detalle de sus efectos transitorios, con estos datos se dimensionan los componentes del circuito de conmutación y finalmente con la información anterior se construye el Troceador. En el capítulo II se analizan las dificultades y comportamiento de los sistemas de control de velocidad que emplean microprocesadores. Como resultado de este análisis se establecen fo^^las y criterios para la evaluación y selección del microprocesador más adecuado para una determinada aplicación. El último subtitulo se dedica a la estrategia de control y análisis de estabilidad del sistema desde dos puntos de vista uno con la ayuda de las variables de estado en tiempo discreto y el otro con el uso de Transformadas z. La descripción detallada del microprocesador y microcomputador seleccionados en base del análisis del Capítulo II se ubica en el Capítulo III. Consideré necesario la inclusión de este capítulo porque en él se explica las características y modos de funcionamiento de los chips L.SI que se utilizan en el sistema de control y que en cierto grado son complejos en su uso, además que son elementos nuevos que no son de dominio general. Otra de las razones en presentar un panorama amplio de la evolución de los microprocesadores estableciendo un criterio para su uso. Finalmente, el Capitulo IV materializa la teoría de los capítulos anteriores con el diseño del hardware y software del sistema de control de velocidad. Especificado el problema de dicho control se diseñan y describen los circuitos y diagramas de flujo que solucionan este problema. El Capítulo V se dedica a la comprobación experimental del diseño, tomando datos, gráficos y fotografías del sistema, que servirán para las conclusiones de la Tesis. Desearía expresar mi agradecimiento al Ing. Manuel Márquez, profesor del Departamento de Electricidad y Electrónica de la Universidad Nacional de Ingeniería, que presto invalorable asesoría en el desarrollo de esta Tesis; igualmente al Ing. Jaime Guerra, profesor del mismo departamento, por su colaboración y consejos en la parte de motores eléctricos. Hago extensivo también mi reconocimiento a todas aquellas personas que de alguna forma prestaron su colaboración desinteresada y al personal de los Laboratorios de Electrónica y Electricidad de la UNI.