Comando de ondulador de tensão trifásico por PWM e técnica U/F com implementação por microcontrolador

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Mikrokontrolleriohjaus led-ryhmälle

Luonnonvarojen ehtyminen ja ympäristön saastuminen on luonut kysyntää uusille, energiaa säästäville ja ympäristöystävällisille teknologioille. Valaistuksessa tällainen teknologia on led-tekniikka. Led-tekniikalla on useita etuja verrattuna kilpaileviin tekniikoihin kuten pitkä elinikä, ympäristöystävällisyys ja mekaaninen kestävyys. Ledejä käytetään nykyään laajalti erilaisissa erikoissovelluksissa, erityisesti jos vaatimuksena on valon värillisyys. Näihin päiviin asti ledien hinta ja heikko valontuotto ovat rajoittaneet led-valaisimien yleistymistä hehkulamppujen ja muiden valaisintyyppien korvaajina. Tekniikan nopea kehittyminen on tehnyt led-tekniikasta varteenotettavan vaihtoehdon myös yleisvalaistukseen. Uusimpien valkoisten ledien valotehokkuus on 2 - 5 -kertainen hehkulamppuun verrattuna. Led-tekniikassa on vielä paljon käyttämätöntä potentiaalia, tulevaisuudessa päästäneen 10 - 15 -kertaiseen valotehokkuuteen hehkulamppuun verrattuna. Työssä suunnitellaan mikrokontrolleripohjainen ohjausjärjestelmä valkoista valoa tuottavalle led-valaisimelle, jonka värisävyä ja kirkkautta käyttäjä voi säätää. Valkoinen valo synnytetään sekoittamalla neljän erivärisen led-rivin valoa. Mikrokontrolleri ohjaa kutakin led-riviä väriensekoitusteoriaan perustuen. Mikrokontrolleriohjaus huomioi myös ledien optisten ominaisuuksien muutokset lämpötilan suhteen. Mikrokontrolleriohjauksen suorituskyky todetaan käytännön mittauksilla.

Microcontroller-based peak current mode control using digital slope compensation

Microcontroller-based peak current mode control of a buck converter is investigated. The new solution uses a discrete time controller with digital slope compensation. This is implemented using only a single-chip microcontroller to achieve desirable cycle-by-cycle peak current limiting. The digital controller is implemented as a two-pole, two-zero linear difference equation designed using a continuous time model of the buck converter and a discrete time transform. Subharmonic oscillations are removed with digital slope compensation using a discrete staircase ramp. A 16 W hardware implementation directly compares analog and digital control. Frequency response measurements are taken and it is shown that the crossover frequency and expected phase margin of the digital control system match that of its analog counterpart.

Fuzzy control embedded in microcontroller and applied to an experimental apparatus using magnetorheological fluid damper

This work focuses on applying fuzzy control embedded in microcontrollers in an experimental apparatus using magnetorheological fluid damper. The non-linear behavior of the magnetorheological dampers associated with the parametric variations on vehicle suspension models corroborate the use of the fuzzy controllers. The fundamental formulation of this controller is discussed and its performance is shown through numeric simulations. An experimental apparatus representing a two degree of freedom system containing a magnetorheological damper is used to identify the main parameters and to evaluate the performance of the closed-loop system with the embedded low-cost microcontroller-based fuzzy controller. © 2013 Brazilian Society for Automatics - SBA.

Physical data acquisition and PWM signal generation using a microcontroller allowing control for DC motor rotation speed

El objetivo de este proyecto es diseñar un sistema capaz de controlar la velocidad de rotación de un motor DC en función del valor de temperatura obtenido de un sensor. Para ello se generará con un microcontrolador una señal PWM, cuyo ciclo de trabajo estará en función de la temperatura medida. En lo que respecta a la fase de diseño, hay dos partes claramente diferenciadas, relativas al hardware y al software. En cuanto al diseño del hardware puede hacerse a su vez una división en dos partes. En primer lugar, hubo que diseñar la circuitería necesaria para adaptar los niveles de tensión entregados por el sensor de temperatura a los niveles requeridos por ADC, requerido para digitalizar la información para su posterior procesamiento por parte del microcontrolador. Por tanto hubo que diseñar capaz de corregir el offset y la pendiente de la función tensión-temperatura del sensor, a fin de adaptarlo al rango de tensión requerido por el ADC. Por otro lado, hubo que diseñar el circuito encargado de controlar la velocidad de rotación del motor. Este circuito estará basado en un transistor MOSFET en conmutación, controlado mediante una señal PWM como se mencionó anteriormente. De esta manera, al variar el ciclo de trabajo de la señal PWM, variará de manera proporcional la tensión que cae en el motor, y por tanto su velocidad de rotación. En cuanto al diseño del software, se programó el microcontrolador para que generase una señal PWM en uno de sus pines en función del valor entregado por el ADC, a cuya entrada está conectada la tensión obtenida del circuito creado para adaptar la tensión generada por el sensor. Así mismo, se utiliza el microcontrolador para representar el valor de temperatura obtenido en una pantalla LCD. Para este proyecto se eligió una placa de desarrollo mbed, que incluye el microcontrolador integrado, debido a que facilita la tarea del prototipado. Posteriormente se procedió a la integración de ambas partes, y testeado del sistema para comprobar su correcto funcionamiento. Puesto que el resultado depende de la temperatura medida, fue necesario simular variaciones en ésta, para así comprobar los resultados obtenidos a distintas temperaturas. Para este propósito se empleó una bomba de aire caliente. Una vez comprobado el funcionamiento, como último paso se diseñó la placa de circuito impreso. Como conclusión, se consiguió desarrollar un sistema con un nivel de exactitud y precisión aceptable, en base a las limitaciones del sistema. SUMMARY: It is obvious that day by day people’s daily life depends more on technology and science. Tasks tend to be done automatically, making them simpler and as a result, user life is more comfortable. Every single task that can be controlled has an electronic system behind. In this project, a control system based on a microcontroller was designed for a fan, allowing it to go faster when temperature rises or slowing down as the environment gets colder. For this purpose, a microcontroller was programmed to generate a signal, to control the rotation speed of the fan depending on the data acquired from a temperature sensor. After testing the whole design developed in the laboratory, the next step taken was to build a prototype, which allows future improvements in the system that are discussed in the corresponding section of the thesis.

Control de la derivació de l'aigua de reg de Masjoan

RESUM Masjoan és una masia del segle XII on resideix la família Masferrer des del 1710. Actualment a Masjoan l’activitat principal és el cultiu i venta de plantes ornamentals, i l’explotació forestal per obtenir fusta. Pel que fa a l’aigua, tant per a la realització de l’activitat professional com per al subministrament de la casa, aquesta prové de mines d’aigua natural situades en la finca. L’objectiu d’aquest TFC ha estat dissenyar un sistema autònom per automatitzar el procés de derivació de l’aigua procedent d’una mina, i d’aquesta manera aprofitar millor els recursos naturals dels que és disposa. El desenvolupament d’aquest sistema, comprèn la selecció i configuració de sensors i actuadors, el disseny del circuit amb la realització de la placa, el disseny del sistema d’alimentació autònom, el software que controla el sistema, i dimensionar la resta d’elements de la instal•lació. Tot el sistema està controlat per un microcontrolador PIC16F876 i alimentat per un mòdul solar de 4W. En el disseny s’ha procurat, sobredimencionar les diferents etapes per possibles ampliacions o modificacions del sistema i que el circuit procures optimitzar el consum d’energia. Com a conclusions cal dir que s’han assolit els objectius proposats amb èxit. S’ha aconseguit un disseny funcional i estable que actualment es troba en funcionament.

Comprovador semiautomàtic per a automatisme de control de portes

L’objectiu d’aquest projecte és el de dissenyar un comprovador semiautomàtic per a un model d’automatisme que controla l’obertura i el tancament d’una porta. Aquest automatisme requereix d’una verificació de qualitat abans de ser introduït al mercat. La seva comprovació manual és lenta. L’objectiu principal del comprovador, és el de reduir aquest temps de test en almenys un 50% i fer més fàcil la detecció dels errors. El comprovador consta d’un suport per a l’automatisme que transmet els seus punts crítics a una placa de control. Conté un microcontrolador PIC16F887 que gestiona totes les entrades i sortides provinents de l’automatisme. També controla una pantalla LCD de 16x2 caràcters, que mostra els passos a seguir del test i si hi ha algun error. Es fa el disseny d’aquesta placa des de el hardware fins al software. Els resultats del projecte són satisfactoris, ja que compleix els objectius marcats i és un sistema que s’utilitza en l’empresa on es fabriquen aquests automatismes de control de portes.

Modelado, simulación y control digital de autogiros

Este proyecto consiste en diseñar el algoritmo de control de un autogiro no tripulado. Su aplicación principal es llevar a cabo tareas rutinarias o peligrosas para el piloto como, por ejemplo, extinción de incendios, evaluación de riesgo químico o vigilancia de lugares de acceso restringido. Se realiza un estudio del movimiento del vehículo para obtener su modelo dinámico. A partir de las ecuaciones que describen su movimiento, se realiza una simulación numérica del vehículo. Se incorpora el controlador diseñado y se evalúa su funcionamiento. Finalmente, se implementa el sistema en un microcontrolador.

Control de la derivació de l'aigua de reg de Masjoan

RESUM Masjoan és una masia del segle XII on resideix la família Masferrer des del 1710. Actualment a Masjoan l’activitat principal és el cultiu i venta de plantes ornamentals, i l’explotació forestal per obtenir fusta. Pel que fa a l’aigua, tant per a la realització de l’activitat professional com per al subministrament de la casa, aquesta prové de mines d’aigua natural situades en la finca. L’objectiu d’aquest TFC ha estat dissenyar un sistema autònom per automatitzar el procés de derivació de l’aigua procedent d’una mina, i d’aquesta manera aprofitar millor els recursos naturals dels que és disposa. El desenvolupament d’aquest sistema, comprèn la selecció i configuració de sensors i actuadors, el disseny del circuit amb la realització de la placa, el disseny del sistema d’alimentació autònom, el software que controla el sistema, i dimensionar la resta d’elements de la instal•lació. Tot el sistema està controlat per un microcontrolador PIC16F876 i alimentat per un mòdul solar de 4W. En el disseny s’ha procurat, sobredimencionar les diferents etapes per possibles ampliacions o modificacions del sistema i que el circuit procures optimitzar el consum d’energia. Com a conclusions cal dir que s’han assolit els objectius proposats amb èxit. S’ha aconseguit un disseny funcional i estable que actualment es troba en funcionament.

Comprovador semiautomàtic per a automatisme de control de portes

L’objectiu d’aquest projecte és el de dissenyar un comprovador semiautomàtic per a un model d’automatisme que controla l’obertura i el tancament d’una porta. Aquest automatisme requereix d’una verificació de qualitat abans de ser introduït al mercat. La seva comprovació manual és lenta. L’objectiu principal del comprovador, és el de reduir aquest temps de test en almenys un 50% i fer més fàcil la detecció dels errors. El comprovador consta d’un suport per a l’automatisme que transmet els seus punts crítics a una placa de control. Conté un microcontrolador PIC16F887 que gestiona totes les entrades i sortides provinents de l’automatisme. També controla una pantalla LCD de 16x2 caràcters, que mostra els passos a seguir del test i si hi ha algun error. Es fa el disseny d’aquesta placa des de el hardware fins al software. Els resultats del projecte són satisfactoris, ja que compleix els objectius marcats i és un sistema que s’utilitza en l’empresa on es fabriquen aquests automatismes de control de portes.

Speed Control of an Autonomous Mobile Robot: Comparison between a PID Control and a Control Using Fuzzy Logic

An Autonomous Mobile Robot battery driven, with two traction wheels and a steering wheel is being developed. This Robot central control is regulated by an IPC, which controls every function of security, steering, positioning localization and driving. Each traction wheel is operated by a DC motor with independent control system. This system is made up of a chopper, an encoder and a microcomputer. The IPC transmits the velocity values and acceleration ramp references to the PIC microcontrollers. As each traction wheel control is independent, it's possible to obtain different speed values for each wheel. This process facilities the direction and drive changes. Two different strategies for speed velocity control were implemented; one works with PID, and the other with fuzzy logic. There were no changes in circuits and feedback control, except for the PIC microcontroller software. Comparing the two different speed control strategies the results were equivalent. However, in relation to the development and implementation of these strategies, the difficulties were bigger to implement the PID control.

A forced running wheel system with a microcontroller that provides high-intensity exercise training in an animal ischemic stroke model

We developed a forced non-electric-shock running wheel (FNESRW) system that provides rats with high-intensity exercise training using automatic exercise training patterns that are controlled by a microcontroller. The proposed system successfully makes a breakthrough in the traditional motorized running wheel to allow rats to perform high-intensity training and to enable comparisons with the treadmill at the same exercise intensity without any electric shock. A polyvinyl chloride runway with a rough rubber surface was coated on the periphery of the wheel so as to permit automatic acceleration training, and which allowed the rats to run consistently at high speeds (30 m/min for 1 h). An animal ischemic stroke model was used to validate the proposed system. FNESRW, treadmill, control, and sham groups were studied. The FNESRW and treadmill groups underwent 3 weeks of endurance running training. After 3 weeks, the experiments of middle cerebral artery occlusion, the modified neurological severity score (mNSS), an inclined plane test, and triphenyltetrazolium chloride were performed to evaluate the effectiveness of the proposed platform. The proposed platform showed that enhancement of motor function, mNSS, and infarct volumes was significantly stronger in the FNESRW group than the control group (P<0.05) and similar to the treadmill group. The experimental data demonstrated that the proposed platform can be applied to test the benefit of exercise-preconditioning-induced neuroprotection using the animal stroke model. Additional advantages of the FNESRW system include stand-alone capability, independence of subjective human adjustment, and ease of use.

Alphanumeric LCD infrared control via computer’s parallel port

The present work will explain a method to achieve a remote controlled (via IR LED) alphanumeric Liquid Crystal Display. In modern times, the remote access of different devices has become quite popular, therefore, the aim of this project is to provide a useful tool that will integrate common and easy to access devices. The system includes a C language based user interface, an assembly language code for the AT89C51ED2 microcontroller instructions and some digital electronic circuits needed for the driving and control of both the LCD and the infrared communication, as well as the PC with a parallel port. The interaction of all the devices provides a whole system that can be helpful in different applications, or it can be separated into each one of its different stages to take the best advantage as possible.

Power performance evaluation of an electric home fan with triac-based automatic speed control system

In order to provide a low cost system of thermal comfort, a common model of home fan, 40 cm diameter size, had its manual four-button control system replaced by an automatic speed control. The new control system has a temperature sensor feeding a microcontroller that, by using an optic coupling, DIAC or TRIAC-based circuit, varies the RMS value of the fan motor input voltage and its speed, according to the room temperature. Over a wide range of velocity, the fan net power and the motor fan input power were measured working under both control system. The temperature of the motor stator and the voltage waveforms were observed too. Measured values analysis showed that the TRIAC-based control system makes the fan motor work at a very low power factor and efficiency values. The worst case is at low velocity range where the higher fan motor stator temperatures were registered. The poor power factor and efficiency and the harmonics signals inserted in the motor input voltage wave by the TRIAC commutation procedure are correlated.

Internal Combustion Engine's Throttle Control as a Motivational Theme for Teaching Microprocessors Systems Lab Classes

The increased fuel economy and driveability of modern internal combustion engine vehicles (ICEVs) are the result of the application of advanced digital electronics to control the operation of the internal combustion engine (ICE). Microprocessors (and micro controllers) play a key role in the engine control, by precisely controlling the amount of both air and fuel admitted into the cylinders. Air intake is controlled by utilizing a throttle valve equipped with a motor and gear mechanism as actuator, and a sensor enabling the measurement of the angular position of the blades. This paperwork presents a lab setup that allows students to control the throttle position using a microcontroller that runs a program developed by them. A commercial throttle body has been employed, whereas a power amplifier and a microcontroller board have been hand assembled to complete the experimental setup. This setup, while based in a high-tech, microprocessor-based solution for a real-world, engine operation optimization problem, has the potential to engage students around a hands-on multidisciplinary lab activity and ignite their interest in learning fundamental and advanced topics of microprocessors systems.