Disseny i implementació del control d’un sistema 'biga-bola' amb un microprocessador Texas instruments

El present document recull el treball desenvolupat durant mesos per tal d'aconseguir implementar un sistema de control utilitzant la família de Microprocessadors C2000 aplicat a una planta de control del tipus biga-bola i tots els passos que s'han fet per aconseguir-ho. Per assolir tal objectiu s'ha hagut de fer una anàlisi prèvia de la planta on es treballarà i les seves propietats físiques per trobar un equivalent matemàtic del sistema. Un cop s'ha obtingut la primera simplificació s'ha comprovat paral·lelament si la simplificació del model es correspon amb la realitat i viceversa. Per adaptar la maqueta de la planta al microcontrolador s'ha hagut de dissenyar una petita interfície per condicionar el senyal rebut procedent del sensor i de pas simplificar el cablejat soldant una placa. Per altra banda, s'ha realitzat l'estudi d'un tipus de control PID aprofitant la resolució més gran que presenta el microcontrolador respecte als emprats a les pràctiques d'Implementació de sistemes de Control automàtic (ISCA). Per tal d'implementar el control PID ha calgut familiaritzar-se amb els nous blocs funcionals proporcionats per les llibreries de Texas Instruments, blocs que tenen molta més complexitat i possibilitats que els ja treballats a classe. Finalment, també ha calgut crear llibreries a partir de subsistemes de blocs de funcionament tant del servo com de condicionament de senyal, ja que aquestes no existeixen. El presente documento recoge el trabajo desarrollado durante meses a fin de conseguir implementar un sistema de control utilizando la familia de microprocesadores C2000 aplicado a una planta de control de tipo viga-bola y todo el camino recorrido para llegar a ello. Para llegar a tal meta se ha tenido que hacer un análisis previo de la planta donde se desarrollará el trabajo y sus propiedades físicas a fin de encontrar un equivalente matemático del sistema. Una vez se ha obtenido la primera simplificación se ha ido comprobando paralelamente si dicha simplificación del modelo tenía correlación con la realidad y viceversa. Para adaptar la maqueta de la planta al microcontrolador se ha diseñado una pequeña interfaz para acondicionar la señal recibida procedente del sensor y de paso simplificar el cableado soldando una placa. Por otro lado, se ha realizado el estudio de un tipo de control, el control PID, aprovechando la mayor resolución que presenta el microcontrolador respecto a los empleados en las prácticas de Implementación de sistemas de control automático (ISCA). Para implementar el control PID ha hecho falta familiarizarse con los nuevos bloques funcionales proporcionados por las librerías de Texas Instruments, estos bloques presentan más complejidad y posibilidades que los que se usaban en clase. Finalmente, también ha hecho falta crear librerías a partir de subsistemas de bloques de funcionamiento tanto del servo como del acondicionamiento de señal, puesto que estos no existían. This document summarizes the work developed over months in order to implement a control system using the C2000 family MCU’s applied to a beam and ball system and all the steps that have been taken along the way in order to make it possible. To achieve this goal, a prior analysis of the plant was done and a first mathematical model of the System was obtained. Once the first simplification has been done, it has been checked whether the simplification of the model corresponds to reality and vice versa. To adapt the model of the plant to the microcontroller, a small interface had to be designed to condition the signal received from the sensor and to simplify the wiring. On the other hand, the study of a type of PID control has been carried out, taking advantage of the greater resolution presented by the microcontroller compared to those used in ISCA labs. In order to implement the PID control, it was necessary to become familiar with the new functional blocks provided by the Texas Instruments libraries, blocks that have much more complexity and possibilities than those in the default libraries. Finally, it was also necessary to create libraries from subsystems of both the servo and signal conditioning operating blocks, since these do not exist.