Doble lazo de control para regular la posición y la velocidad en un motor de corriente directa

Double control loop for adjusting position and speed in a direct current motor

Este artículo presenta el proceso de diseño e implementación de un control de velocidad y posición para un motor de corriente directa, en doble lazo, con cuatro tipos de controladores: PID clásico, PID difuso, difuso y PID no lineal, basado en heurística, el cual es una propuesta de los autores. Se hace hincapié en aspectos como el desarrollo de la etapa de potencia, la elaboración de algoritmos para la medida de las variables, la estimación de un modelo matemático de la planta y el control en tiempo real en Matlab.

INTRODUCCIÓN

En la industria se controlan los procesos, con el fin de aumentar el rendimiento de los sistemas. Por ejemplo, se ajusta la temperatura, el voltaje, la corriente, la posición, la velocidad, el torque y, en general, cualquier variable física. En primera instancia, para controlar se requiere sensar (Ralph, 2007), pero además se debe diseñar el controlador.

El control fuerza al sistema para que tenga el comportamiento lo más cercano posible a las expectativas del diseñador, las cuales son conocidas también como criterios de respuesta. El proceso de control empieza con la comparación entre la lectura del sensor y el valor al que se desea que el sistema llegue (llamada referencia). De esa comparación resulta la señal de error, que es la entrada del controlador. El objetivo del controlador es lograr que ese error sea nulo, o cuando menos que esté en un rango aceptable. Para ello la salida del controlador se aplica al sistema, mediante un actuador, haciendo que la planta cambie según la acción de control. El problema está en encontrar el controlador adecuado, y a esa búsqueda se le llama diseño.

En particular, el control de velocidad y posición en doble lazo cerrado con el motor de corriente continua se utiliza en la robótica, la electromedicina, los procesos industriales, la ingeniería espacial, la astronomía, el entretenimiento, entre otras áreas, como se muestra en (Sen, 1990; Afjei et ál., 2007); de ahí que se haya considerado importante su estudio en este artículo.

​Los sensores que se utilizan para cerrar los lazos de velocidad y posición son de tipo resolver o encoder; sin embargo, también pueden utilizarse sensores capacitivos, y otros, como se indica en (Afjei et ál., 2007; Ben-Brahim et ál., 2009; Boggarpu y Kavanagh, 2008; Liu y Hang, 2002; Fulmek et ál., 2002).