Diseño conceptual y matemático
He actualizado el ensayo de diferentes máquinas herramienta, para determinar sus parámetros característicos.
En la imagen se ve el ensayo para determinar la inductancia del motor original del torno Optimun 180x300 Vario.
También se llevan a cabo ensayos de vacío y de cortocircuito para determinar el resto de parámetros del circuito equivalente.
Con los valores obtenidos, podremos progarmar en el micro-controlador ARM Cortex Mx, un estimador matemático de la velocidad del motor, que me permita regular par y velocidad sin necesidad de gestionar un tacómetro.
Sistema de control.
He rediseñado el sistema de control que ejecutará en software, el micro-controlador ARM Cortex Mx, que consiste en dos reguladores Proporcional-Integral (PI) funcionando anidados.
En la imagen se muestra su diseño conceptual, el cual se traducirá a software mediante transformadas en S (Transformada de Laplace) y posteriores Transformadas en Z (Transformada de Laurent).
Diseño del hardware:
Este es el boceto del prototipo de la nueva placa, dibujado en 3D por un software específico para el diseño de placas electrónicas:
Desarollo del software de control.
Ya he migrado el software de control, desde los dos micro-controladores de 8 bits, al ARM Cortex Mx de 32 bts.
El sistema regulará el par y la velocidad, unas 10.000 (diez mil) veces por segundo. Mucho más de lo que puede necesitar una máquina herramienta de este tamaño. He llevado a cabo los primeros ajustes de los reguladores PI de par y velocidad.
Como puede verse en la imagen, en rojo se muestra el valor del potenciómetro de velocidad de la máquina-herramienta. En verde, se muestra cómo evoluciona la velocidad estimada por el software, a la que está girando el eje del motor. Se ve que hay una ligera sobreoscilación, que es necesaria para que la respuesta sea rápida. El sistema está casi ajustado en su totalidad.
Pantallas LCD de gran tamaño.
También he empezado a desarrollar la nueva aplicación para los displays LCD, que muestren imágenes más grandes, y por tanto más claras.
Estas pantallas presentarán los datos más importantes para el operario:
- La velocidad.
- La corriente consumida.
La corriente es necesaria para saber si se está forzando el motor de la máquina, y así evitar que se caliente, se destruya el aislamiento de los bobinados, y el motor se pierda irremediablmente.
En principio, las pantallas que tengo previsto soportar, son:
Pantallas tecnología TFT:
gen4-uLCD-24PT
gen4-uLCD-28PT
gen4-uLCD-32PT
y pantallas OLED:
uOLED-160-G2
Y además...
A medida que vaya probando partes del software, iré dicidiendo si incorporo alguna nueva funcionalidad, como un tacómetro destinado a mostrar en pantalla la velocidad del cabezal de la máquina.
Esto es útil, ya que el Estimador Matemático que hemos modelizado en el software del micro-controlador, nos da la velocidad estimada de giro del eje del motor, pero desconce si hay poleas o engranajes, por lo que su valor solo es útil para llevar a cabo la regulación interna de par y de velocidad.
Por si acaso, he dejado alguna opción de configuración que se puede activar/desactivar mediante un simple "jumper".
Como puede verse en la imagen, la placa incluye una inductancia (en la imagen, la bobina de cable grueso barnizado) que junto con tres condensadores de polipropileno, constituyen un potente filtro EMC, diseñado específicamente para este proyecto, y que evitará que la polución eléctrica generada por la conmutación de los semiconductores de potencia (puente de diodos e IGBT) afecten al circuito de control, alimentado por la fuente conmutada negra (en la imagen, en la esquina inferior derecha). Otra función que tiene es evitar que esta polución eléctrica llegue a la red general, afectando a otros aparatos conectados cerca.
Se ha tenido especial cuidado en mantener la placa como dos circuitos eléctricamente independientes:
- Sistema de Potencia.
- Sistema de Control.
Estas dos zonas solo se relacionan mediante dos dispositivos de fuerte aislamiento: Un sensor de efecto Hall para medir la corriente que enviamos al motor, y un driver octoacoplado para disparar el IGBT a la frecuencia deseada, con los tramos de conducción y corte que se necesiten en cada momento.