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PROTOTIPO DE UN LEVITADOR NEUMÁTICO. Juan Carlos Ortegón Núñez – Nathalia Andrea Duque Vallejo, Universidad de Caldas.
Manizales, caldas
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Resumen —Los Resumen —Los Levitadores se utilizan en todas partes, si se tiene en cuenta su gran utilidad y funcionalidad desde sencillos proyectos hasta grandes diseños tales como los trenes de alta velocidad que utilizan la creación de un campo magnético para su función. Los levitadores se encuentran incluso hasta en juegos de niños, juegos caseros y en diseños de alta tecnología.
Hélice. Soporte Soporte para tubo. Rejilla. Cinta aislante. Esfera de icopor. Pegante instantáneo.
Index Terms —Levitadores, Terms —Levitadores, Campo magnético, Juegos.
I. INTRODU INTRODUCCI CCIÓN ÓN
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OS sistemas
de control, permiten diseñar todo tipo de proyectos sobre todo a escala para facilitar la enseñanza en centros educativos tales como Universidades y centros tecnológicos. Para este caso en particular, el presente proyecto se centra en un levitador neumático que funciona por medio de la corriente de aire producida por el movimiento de una turbina conectada a un motor de 3v DC; dicho aire se desplaza a través de un tubo generando el movimiento de una bola de icopor suspendida dentro del mismo.
II. ANTECED ANTECEDENT ENTES. ES. Existen todo tipo de prototipos para diseñar a nivel educativo con respecto a los sistemas de control, prototipos de gran alcance hasta sencillos diseños que tienen como objetivo principal el aprendizaje respecto a la implementación de Controladores P, PI, PID clásicos o avanzados; varios tipos de esos diseños son por ejemplo los controles de temperatur temperaturaa para hidropóni hidropónicos, cos, calefacci calefacción, ón, tower copt copter er,, bola bola y viga viga,, entr entree otro otros. s. Para Para este este caso caso,, nos nos decidimos por un prototipo de un levitador neumático.
III. MATERIALE MATERIALES S Y MÉTODOS. MÉTODOS. Se emplean materiales estructurales tales como: Láminas Láminas de acetato. acetato. Tubos reciclados de PVC. Balso.
Materiales electrónicos: Arduino mega 2560. Motor brushless. Fuente de 3v. Potenciómetro de 1K. Condensador de 1 microfaradio. Resistencia de 1K. Transistor tip122. Diodod 1n4001. Sensor ultrasónico HC-SR04. Conectores. Computador.
IV. IV. MODE MODELA LAMI MIEN ENT TO CIÓN.
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IDEN IDENTI TIFI FICA CA--
Para el modelamiento e identificación del prototipo experimental, se dispone de un motor, una hélice, los cables o conectores, un arduino y los demás elementos electrónicos conectados en una protoboard de acuerdo con los requerimientos del diseño. Así mismo, se dispone de materiales materiales estructurales estructurales para diseñar diseñar el tubo de acetato, acetato, unos anillos en PVC, para darle firmeza al cilindro, una rejilla para controlar paso de aire, una tapa superior para instalar el Ultrasónico y una base de PVC para soportar el tubo.
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Figura 2. Configuración en arduino, del código para controlar el movimiento de la bola de icopor.
Figura 1. Prototipo experimental. IV.1. Movimiento de la bola dentro del tubo. Cuando el motor arranca, hace girar la hélice conectada al rotor y esta a su vez, le envía una corriente de aire hacia el tubo, separado de la base por una rejilla para controlar flujo de aire, el cual penetra al tubo haciendo contacto con la bola de icopor y llevándola a una altura previamente definida.
Figura 3. Gráfica en arduino del movimiento o altura alcanzada por la bola de icopor.
IV.2. Fórmulas empleadas. IV.5. Implementación y análisis del control: 2
dvb 3 C D ρa (va − vb ) = −g + dt 8ρb R dvb 1 mb = −mb g + C D ρa A(va − vb )2 dt 2
Teniendo que:
mb
F y = m b
d2 y dvb = m b 2 dt dt
dvb = −F g + F D dt F g = m b g F D =
1 C D ρa A(va − vb )2 2
A partir de las ecuaciones enumeradas en la figura 2, se obtuvo la función de transferencia del sistema y la del controlador PID. Valores de las ganancias o parámetros para lograr el prototipo del diseño: k p = 0,01
kd = 2,5
ki = 0,5
Controlador PID:
kd s2 + k p s + ki s 2 2,5s + 0,01s + 0 ,5 G(s) = s
IV.3. Identificación del subsistema motor y transmisión. De acuerdo con las características del motor, se realizan varias pruebas para detectar la influencia de las RPM sobre la bola de icopor, ya que mucho flujo la eleva sin control y muy poco flujo no es suficiente para moverla; se desarrolló una configuración para lograr mover la bola de icopor de la manera más adecuada posible.
IV.4. Caracterización del ultrasónico: Para la caracterización experimental del sensor ultrasónico de posición, se obtuvieron datos del valor del sensor y la longitud del tubo, teniendo en cuenta alturas, mínima de 5cm y máxima de 39 cm; logrando una linealidad del sensor con respecto al desplazamiento de la bola.
Figura 4. Gráfica del comportamiento del Controlador PID.
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V. C ONCLUSIÓN Existen diferentes tipos de levitadores tales como el tower copther, los neumáticos y los magnéticos. Entender el problema que se pretende resolver, facilita la implementación de la solución El controlador PID combina en un único controlador la mejor manera de caracterizar el controlador PD con la ausencia de error en estado estacionario del controlador PI. Modificar los parámetros del controlador muestra cómo varían la estabilidad, la velocidad y el error en estado estacionario. El parámetro T d , es el tiempo derivativo y se puede interpretar como una predicción. Implementar un potenciómetro para controlar señales, es una forma sencilla y adecuada de hacerlos logrando mejores resultados sin necesidad de implementarlo también en las ganancias.
R EFERENCIAS [1] Modelación y Control de un Levitador Neumático, daniel Rocha Morelos, Universidad Autónoma ciudad de Juárez. [2] https://www.academia.edu/16555607/MODELACI%C3%93N_ SIMULACI%C393N_Y_CONTROL_DE_UN_LEVITADOR_ NEUM%C3%81TICO. [3] https://programarfacil.com/blog/el-potenciometro-y-arduino/.
