Proyecto: Levitador magnético

En este proyecto escribiremos un programa para el PIC que mantenga un imán suspendido en el aire. El PIC controlará la bobina de un electroimán a través de un L293D. Bajo este electroimán colocaremos un imán. En ausencia de corriente el imán siente dos fuerzas: la gravedad hacia abajo y la atracción magnética con el núcleo (un tornillo) del electroimán. 

Existe un punto donde ambas fuerzas están equilibradas. Desgraciadamente dicho punto es inestable. Si el imán se aparta un poco de la bobina la atracción magnética disminuye y el peso gana la partida: el imán cae. Si el imán se acercara un poco a la bobina, la atracción imán-tornillo es cada vez más fuerte, por lo que terminará pegándose arriba.  La idea es colocar un sensor de flujo magnético justo debajo de la bobina. Usando este sensor el PIC puede detectar la posición del imán y actuar en consecuencia: si el imán empieza a caerse, hacemos pasar la corriente por el electroimán de forma que atraiga un poco al imán y éste se recupere. Si se acerca, activamos la bobina en sentido contrario para rechazar el imán y volverlo a llevar a la posición ideal de equilibrio.

Podéis encontrar en internet bastantes variantes de este esquema, aunque la mayoría de ellas no usan un microcontrolador sino un integrado (MIC502) originalmente diseñado para modificar la velocidad de un ventilador (mediante PWM) en función de la temperatura de un sensor. La ventaja de un enfoque con un microcontrolador es que tenemos muchas más posibilidades de control (podríamos p.e. hacer oscilar a voluntad el imán). En este proyecto nos limitaremos a construir el programa básico. 

El objetivo del proyecto es lograr algo parecido a lo mostrado en este corto video:

Al igual que en las entradas correspondientes a control de motores acompañamos el código del PIC con un código MATLAB para visualizar los resultados y jugar con los parámetros de control. 

Código asociado:  maglev_4520.c  (código PIC)
                         maglev.m (programa MATLAB de interfaz con el PC).  
Fichero hex:        maglev_4520.hex 

Controlador PID para posición de un motor DC

En el tema anterior construimos una gráficas mostrando la relación entre el input (% PWM) aplicado y el resultado (velocidad) obtenido por el motor. Podríamos usar esa información para controlar nuestro motor. Si queremos que gire con una cierta velocidad, podríamos ver que entrada (PWM) precisamos y aplicarla. Sin embargo ya comentamos que dicha relación cambia por numerosos factores, por lo que nunca estaríamos seguros de alcanzar la velocidad deseada.

Técnicamente esta situación se conoce como un control de bucle abierto, al no tener un feedback que nos informe de lo que realmente está haciendo el motor. De hecho disponemos de dicho feedback (la info de los encoders en cuadratura) pero hasta ahora no la estamos usando.

En esta entrada vamos a "cerrar" el bucle, usando el feedback de que disponemos para controlar la posición de un  motor. La entrada suministrada por el usuario no será un PWM (de efectos inciertos) sino un objetivo en términos de la velocidad o posición deseada del motor. El sistema, en función del feedback recibido, variará adecuadamente su variable de control (en este caso el ciclo ON del PWM) para conseguir el objetivo dado. Usaremos un sencillo controlador PID para la implementación.

Al igual que en el tema anterior, acompañaremos al código en C del microcontrolador con un programa en MATLAB para poder mostrar de forma gráfica los movimientos del motor.

Archivos de código asociado a esta entrada: 
          PID_pos.c  monitor_PID.m (MATLAB)

Manejo de motores DC usando PWM

En este tema usaremos nuestros conocimientos del PWM del PIC para guiar un motor de corriente continua (DC). En esta primera entrada simplemente aplicaremos un PWM con un duty variable al motor y observaremos su respuesta (velocidad) usando los codificadores en cuadratura explicados en la entrada anterior.

Obviamente el PIC no puede proporcionar la intensidad necesaria para mover un motor, por lo que necesitaremos algún tipo de driver o interfaz. Para poder manejarlo en las dos direcciones usaremos un driver configurado como un puente en H (H-bridge). Describiremos el popular integrado (aunque no especialmente eficaz) L293D. Otras alternativas basadas en MOSFETs son más eficientes, pero el concepto y la forma de controlar el MOTOR serán comunes.

Ficheros de código asociados a esta entrada:  quad_pwm.c , auto_pwm.c , auto_pwm.m

Codificadores en cuadratura

Tras un largo paréntesis impuesto por el trabajo, retomo el blog. En las siguientes entradas vamos a aplicar la salida PWM del micro a un motor DC con capacidad para manejarlo en ambas direcciones.  Nuestro objetivo final será escribir un código de control para hacer que el motor alcance una posición dada y se detenga o se mueva con velocidad constante.  Para ello necesitaremos algún tipo de información sobre la posición del motor y su velocidad. La forma más común de obtener dicha información es a través de codificadores en cuadratura. 

En esta entrada describiremos su concepto y los diferentes modos en los que podemos monitorizarlos (1X, 2X, 4X).

Archivos de código asociado a esta entrada:   quad1.c