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central (centro cerrado). Con ello el cilindro se detiene.
Si por cualquier razón externa el cilindro abandonara la posición de
referencia alcanzada, la válvula se abriría en el sentido adecuado
para compensar la desviación; el cilindro regresaría a su posición
programada. Esto representa la forma más sencilla de regulación, la
denominada regulación P.
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4. Simulación avanzada y diseño de circuitos
4.18.1
Regulación en bucle
abierto
Para comprender el modo de funcionamiento de los componentes
continuos (proporcionales), construya el siguiente circuito (alimentación
de tensión, generador de funciones, voltímetro, solenoide de válvula
proporcional, válvula continua):
En el caso de una válvula neumática de cinco vías, no se olvide de
aplicar silenciadores , para eludir las advertencias generadas por Flu-
idSIM.
> Ejecute la simulación y observe la válvula continua.
El generador de funciones, genera una señal entre 0 y 10 voltios. Esta
tensión variable es convertida en la válvula utilizando un amplificador
proporcional para asignar una determinada corriente que active el
solenoide proporcional de la válvula; convertida de tal forma que la
válvula que controla pueda desplazarse hasta el máximo hacia ambos
lados, según la tensión de la señal aplicada.
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4. Simulación avanzada y diseño de circuitos
Para que la válvula se desplace menos, necesita tener menos tensión.
Esto puede conseguirse haciendo un doble clic y con ello abriendo la
ventana de propiedades del generador de funciones.
> Establezca 2 para la amplitud, cierre el diálogo y ejecute de nuevo
la simulación.
Ahora la tensión variará entre 3 y 7 voltios. Esto aún hará que la válvula
oscile simétricamente, pero mostrará una menor desviación de la
posición central.
> Abra de nuevo las propiedades del generador de funciones y
establezca 3 para la desviación y.
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4. Simulación avanzada y diseño de circuitos
El generador de funciones suministra ahora una tensión entre 1 y 5
voltios, haciendo que la válvula oscile más hacia el lado izquierdo que
hacia el lado derecho.
> Abra de nuevo las propiedades del generador de funciones y
establezca Constante para un tipo de señal.
El control deslizante del generador de funciones para Frecuencia y
Amplitud no ofrece funciones para el tipo de señal Constante. Por lo
tanto deberemos utilizar un potenciómetro ajustable manualmente.
> Ejecute la simulación y haga clic (un sólo clic)en el generador de
funciones.
Se abrirá una ventana mostrando el control deslizante del generador de
funciones.
> Varíe gradualmente la desviación y, y observe cómo se mueve la
válvula según el ajuste del regulador.
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4. Simulación avanzada y diseño de circuitos
4.18.2
Regulación en bucle
cerrado
Ahora pondremos en práctica un regulador de posición sencillo en bucle
cerrado. Cambie el circuito de acuerdo con la siguiente ilustración.
Observe que deberá quitar el silenciador de la conexión de la válvula
antes de que pueda definir las conexiones. En lugar del generador de
funciones, el encoder de desplazamiento proporciona ahora la tensión
de entrada para el solenoide de la válvula proporcional. Para definir
la etiqueta para el cilindro, elija la opción Detección en el registro
Configuración del diálogo de propiedades.
Observe que en este ejemplo que la válvula de accionamiento continuo
está reflejada horizontalmente.
> Ejecute la simulación y observe cómo el cilindro se detiene cuando
alcanza la mitad de su carrera.
Ahora deseamos ampliar el circuito de forma tal que el cilindro pueda
llegar lo más rápidamente posible y con precisión, a cualquier punto
que definamos durante la simulación, ajustando el regulador. Para ello
utilizaremos un Regulador PID.
> Construya el siguiente circuito y ajuste los parámetros del
regulador PID como se indica.
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4. Simulación avanzada y diseño de circuitos
Observe que la válvula proporcional, según el ejemplo citado, está
reflejada.
> Ejecute la simulación y cambie gradualmente la desviación-y del
generador de funciones entre 0 y 10.
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4. Simulación avanzada y diseño de circuitos
El cilindro se moverá hasta hallar la posición deseada y se detendrá
ahí. La posición de destino del cilindro actúa proporcionalmente a la
tensión definida en el generador de funciones: 0 voltios corresponden
al cilindro completamente retraído, 10 voltios corresponden al cilindro
completamente avanzado. El valor 5 es por lo tanto la posición media
del vástago del cilindro. En el transcurso de este procedimiento de
posicionado, es irrelevante la posición desde la cual el cilindro empieza
a moverse, se detendrá en la posición de destino deseada.
> Cambie la posición inicial y observe con qué precisión el cilindro
alcanza su posición de destino cada vez.
Para conseguir un análisis más preciso del procedimiento de regulación
observaremos el recorrido y la velocidad del cilindro hasta que alcanza
la posición de destino. Para ello incluya un diagrama de estado, escálelo
a un tamaño adecuado y arrastre el cilindro sobre el diagrama. Se abrirá
un diálogo en el que elegiremos las dos variables de estado Posición y
Velocidad.
La neumática es rápida. Para facilitar la observación de los siguientes
efectos, ajuste la carrera del cilindro a 5000 mm.
> Ajuste la desviación-y del generador de funciones a 5 y la posición
de partida del vástago del a 0 y luego ejecute la simulación.
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4. Simulación avanzada y diseño de circuitos
El cilindro se mueve rápidamente hacia la mitad y disminuye gradual-
mente su velocidad hasta que se detiene.
A menudo es deseable hacer que el cilindro se mueva a su máxima
velocidad hasta alcanzar la posición deseada y que se detenga
rápidamente. Para conseguirlo, podemos amplificar la señal de posición
del encoder de desplazamiento y con ello acelerar la inversión de la
válvula de regulación. Al hacerlo utilizamos el hecho que el regulador
PID limita la tensión de salida para la válvula proporcional a 10 voltios.
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4. Simulación avanzada y diseño de circuitos
> Ajuste el coeficiente proporcional del regulador PID a 3 y ejecute la
simulación.
Está claro que el cilindro se mueve ahora a una velocidad constante
durante una larga distancia. Luego será frenado firmemente y se
detendrá finalmente por completo.
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4. Simulación avanzada y diseño de circuitos
Aún puede observarse que el vástago del cilindro, debido a la inercia y a
la compresibilidad del aire, sobrepasa el punto de destino y que avanza
y retrocede varias veces hasta que finalmente se detiene.
Estas vibraciones en torno a la posición de destino son típicas de una
regulación básica como esta. En la realidad, ajustando los parámetros
del regulador PID o del regulador de estado, se intentaría amortiguar
estas oscilaciones. En este punto nos quedaremos con los conceptos
básicos y le recomendamos que consulte la literatura avanzada en la
tecnología proporcional y las técnicas de regulación.
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5. Aprender, enseñar y visualizar neumática
FluidSIM ofrece también, junto a la creación y simulación de esquemas
de circuitos de electro-neumática, el apoyo necesario para