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Ajuste de los reguladores PI, cuando empleamos el Tacómetro, en vez del Estimador matemático.
Ajuste de los reguladores PI, cuando empleamos el Tacómetro, en vez del Estimador matemático.
El objetivo de esta placa es acercar las tecnologías más avanzadas, a los usuarios más convencionales. Por ello intento que la sencillez de uso/configuración sean siempre uno de los parámetros de referencia.
En el caso de querer emplear la placa para que regule la marcha del motor mediante la información de velocidad que le aporta el tacómetro (en vez del estimador), esto se complica, ya que los reguladores PI han sido concebidos para trabajar en tiempo real, de forma que en cada ciclo de ejecución del programa, los PI actúen sobre la tensión de alimentación del motor, y en el ciclo siguiente puedan ver la lectura de velocidad, para comprobar cómo ha repercutido su acción, sobre dicha velocidad.
Esto se hace muchas veces por segundo. Contra más veces, mejor. La contrapartida es que hay que ser capaz de actualizar la velocidad de motor en cada ciclo de programa. Y si el programa tarda 3 miliSegundos en ejecutarse, entonces cada segundo se necesitarán 333 medidas de velocidad actualizadas.
Sin embargo el tacómetro es un dispositivo lento, sobre todo cuando la velocidad de giro de la máquina es lenta, y se generan pocos pulsos por segundo. El problema se agrava si además nuestro sistema solo dispone de, digamos, 4 imanes para generar 4 pulsos por cada vuelta.
Una solución sencilla es utilizar una rueda dentada de acero, con bastantes dientes, un imán potente, y el sensor de efecto hall. Entonces cada pocos grados de giro del eje de la máquina, se generará un nuevo pulso, y obtendremos una ingente cantidad de medidas de velocidad, en una sola vuelta del eje de la máquina.
Pero si queremos mantener la sencillez de uso, entonces tenemos un problema, ya que no todo el mundo dispone de los medios necesarios para fabricarse la dichosa rueda dentada........ Y en eso estamos: En mantener la sencillez al máximo, hasta donde se pueda llegar. Con cuatro imanes no es razonable querer regular por debajo de unas 250-350rpm. Esto es suficiente para muchos casos, pero no siempre.
Conexión mediante túnel serie, empleando un módulo Bluetooth
Conexión mediante túnel serie, empleando un módulo Bluetooth
El módulo Bluetooth nos facilitará mucho la vida, al poder prescindir de cables de conexión entre la placa y el ordenador. También del conversor de niveles, de puerto serie a USB. Hay bastante modelos disponibles en el mercado, que van desde los 8 euros, hasta los 50/60Euros del mostrado en las imágenes. También los hay por 5 Euritos, pero vienen preparados para trabajar a 3,3v, lo que nos obliga a preparar un pequeño regulador de tensión, que baje de los 5v de la placa en desarrollo, a los 3,3v necesarios.
Aquí comienza el arduo camino de ajustar el sistema con el mínimo numero de imanes posible.... que creo que van a ser bastantes más de los cuatro actuales.
En el futuro espero darle muchos servicios a este módulo, de forma que nos permita monitorizar a distancia el funcionamiento de la máquina, modificar parámetros de funcionamiento en tiempo real, etc.
En la imagen se ve el modelo que vende SparkFun, que a su vez utiliza un hardware de Roving Robotics (que ha sido absorbida por la empresa Microchip).
Fabricación de rueda dentada, con imanes de Neodimio.
Fabricación de rueda dentada, con imanes de Neodimio.
Necesitamos esta herramienta auxiliar para excitar el sensor Hall. He preparado una rueda para 12 imanes de neodimio, a ver qué tal se dejan regular los PI....
La fresadora CNC es una maravila... pero la verdad es que esta pieza casi se puede hacer con un cutter. El material empleado es Estireno, de 3.2mm de espesor, de la marca "Evergreen", que venden en tiendas de modelismo.
Al mecanizarlo, lo fui refrigerando con alcohol, como me dijo Gil, y en ningún momento se fundió. El cabezal de fresado ha de girar relativamente lento, y los movimientos (X,Y) relativamente rápidos.
Los imanes son de neodimio, de 3mm de diámetro, y 2mm de espesor. Hay que tener mucho cuidado en que todos los imanes se coloque con la misma orientación (lo comprobaremos con un imán externo, acercándolo y viendo si todos ellos lo repelen al acercarlo por la misma cara).
Y, sí, efectivamente, con solo aumentar el número de pulsos (imanes), la gráfica que muestra la velocidad de giro del plato de garras, se ha suavizado mucho:
En verde se ve cómo acciono el potenciómetro de mando, marcando la velocidad de Consigna (primero subo la velocidad, y luego la bajo), y en azul se ve cómo es la velocidad de giro del plato de garras, controlada por los reguladores PI, que hacen que converja suavemente hacie el valor en verde.
Lo más importante es que la gráfica azul no sobrepase a la verde cuando esta última sube de valor. (igual razonamiento al bajar de valor).
También hay que controlar el diente de sierra que se produce alrededor del valor constante, que hace que la velocidad de la máquina oscile suavemente.....
Pero si esto ya estuviera ajustado, entonces habríamos terminado ¿no...?
El largo proceso de ajustar dos PI, uno dentro de otro.....
El largo proceso de ajustar dos PI, uno dentro de otro.....
Aunque pueda no parecerlo a primera vista, hemos mejorado.
Para atender a la ingente cantidad de pulsos que se generan en el sensor hall cuando la velocidad es elevada (debido a que ahora hay 12 imanes, en lugar de uno, como hacíamos en los tacómetros), he tenido que incluir todo el código fuente del tacómetro que diseñamos en otro hilo de este foro.
Ahora, para cada tramo de velocidad, el regulador PI recibe una información más precisa, y por tanto es más fácil realizar la regulación.
Vemos que ya no hay sobreosclación, y que el diente de sierra en torno al valor de consigna se ha reducido mucho. (no hay que hacer mucho caso a los escalones de subida y de bajada, son algo gráfico).
A los sistemas regulados hay que tratarlos "con cariño". Esto quiere decir que si bajamos o subimos la velocidad muy bruscamente, sin el más mínimo cuidado, y el sistema está ajustado al límite, haremos que el ajuste de velocidad sobreoscile unos instantes. Se puede evitar haciendo el sistema más perezoso, pero claro esto también es un inconveniente.
(El sistema PI con tacómetro todavía me hace algún "extraño" de vez en cuando, así que no he terminado...).
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