Diseño e implementación de un sistema de control de velocidad para motores de contínua basado en microcontrolador

Abstract

[ES] En el presente trabajo se ha realizado el diseño e implementación de un sistema de control que permite regular la velocidad de rotación de un motor de continua, mediante un microcontrolador, concretamente el Arduino MEGA 2560, del que se comentarán sus características más adelante.

Para ello, se pretende desarrollar un controlador PID digital en el Arduino, implementando el código que corresponde a esa acción de control y transmitirlo al motor de continua. Cabe destacar la previa conversión de la ecuación de control analógica a digital.

Además, se incluirán otros componentes, como un encoder rotativo y una pantalla LCD, que ayudarán al usuario a introducir la velocidad deseada y los parámetros requeridos para el controlador PID. Con ello también se podrá visualizar los resultados de una manera más sencilla e inmediata. También ha sido imprescindible el uso de un controlador de motor para la alimentación de dicho motor de continua.

Por otra parte, el motor no posee ninguna carga en su eje de salida. No obstante, si se frena el motor de manera forzada por algún factor externo, se ha incluido un sensor de corriente que servirá para medir la intensidad que se está suministrando al motor para que trate de llegar a la velocidad de consigna.

Finalmente, se ha diseñado una caja, con el programa Inventor, para poder situar todos los elementos conectados de una manera más conjunta y atractiva. Tras ello, se ha elaborado la caja físicamente con una impresora 3D.

[EN] In this project, it has been made a design and the implementation of a control system which allows to adjust the rotation speed of a DC Motor, through a microcontroller, specifically the Arduino MEGA 2560, whose features will be remarked later.

To do this, the aim is to develop a digital PID controller in the Arduino, implementing the code which corresponds to that control action and then, to send to the DC Motor. It should be noted the previous conversion of the analog to digital control equation.

In addition, other components will be included, such as a rotary encoder and an LCD screen, which will help the user to input the wanted speed and the parameters required for the PID controller. Also, results will be seen in a simpler and faster way. It has been indispensable to use a driver for powering the DC Motor.

On the other hand, the motor does not have any engine load on its output shaft. However, if the motor is slowed down in a forced way by some external factor, a current sensor will measure the intensity that is being supplied to the motor, which is trying to make the motor reach the set speed.

At last, a box has been designed with a program called ¿Inventor¿ to be able to place all the connected elements in a more joint and attractive way. After that, the box has been physically created with a 3D printer.

[CA] En el present treball s’ha realitzat el disseny i implementació d’un sistema de control que permet regular la velocitat de rotació d’un motor de contínua, mitjançant un microcontrolador, concretament el Arduino MEGA 2560, del qual es comentaran les seues característiques més endavant. Per això, es pretén desenvolupar un controlador PID digital en l’Arduino, implementant el codi que correspon a eixa acció de control i transmetre-ho al motor de contínua. Cal destacar la prèvia conversió de l’equació de control analògica a digital. A més, s’inclouran altres components, com un encoder rotatiu i una pantalla LCD, que ajudaran a l’usuari a introduir la velocitat desitjada i els paràmetres requerits per al controlador PID. Amb allò també es podrà visualitzar els resultats d’una manera més senzilla i immediata. També ha sigut imprescindible l’ús d’un controlador de motor per a l’alimentació del motor de contínua mencionat. D’altra banda, el motor no té cap càrrega en el seu eix d’eixida. No obstant, si es frena el motor de manera forçada per algun factor extern, s’ha inclòs un sensor de corrent que servirà però mesurar la intensitat que s’està subministrant al motor perquè tracte d’arribar a la velocitat de consigna. Finalment, s’ha dissenyat una Caixa, amb el programa Inventor, per poder situar tots els elements connectats d’una manera més conjunta i atractiva. Després d’això, s’ha elaborat la Caixa físicament amb una impressora 3D.