domingo, 21 de abril de 2013

Control electrónico


Tanto hablar del Cab Control y estoy dejando algo de lado, que realmente es tanto o más importante para mi proyecto, y que es el sistema electrónico de tracción.

Ya el otro día puse un primer vídeo (Esto está encarrilado) , un tanto apresurado, el que se veía por primera vez rodar trenes en mi maqueta bajo el control del sistema electrónico de tracción que he construido.

Sin embargo, hoy, después de unos cuantos días de prueba, con algún susto incluído que al final ha resultado intranscendente, ya he podido grabar un vídeo con algo más de sosiego en el que se ve el funcionamiento de este control electrónico gobernado por ordenador. Realmente el control se compone de cuatro elementos bastante diferenciados en su origen e incluso en su ubicación en mi sistema, pero que trabajan en conjunto. El primero es el software que presenta en la pantalla del ordenador las ventanas o "cabinas" de control, con todos sus indicadores y elementos de mando, y que interacciona con el hardware para conseguir que las locomotoras respondan a ese control. El segundo elemento, no lo he hecho yo, sino que corresponde a una función de las placas de comunicaciones Velleman K8055 que incorpora mi sistema, y de las cuales he aprovechado los generadores de señal PWM, de los que cada placa incluye dos. El tercero es el hardware diseñado por mi, para la placa CABCON01, que no solo contiene el sistema de conmutación de cantones, sino también la etapa de potencia y el inversor, que convierten la señal PWM seleccionada por el multiplexor en una corriente PWM con la potencia y la polaridad adecuadas para alimentar las locomotoras, y por fin el cuarto elemento, que es un sistema de limpiavías electrónico de Gaugemaster, que como he comentado, favorece el contacto eléctrico ente las vías y las ruedas de las locomotoras.

Todos estos elementos, que como digo están aparentemente dispersos, de manera que es imposible poner aquí una fotografía del "control electrónico de tracción", trabajan coordinadamente para producir como resultado el movimiento de las locomotoras en la maqueta. La verdad es que he quedado gratamente sorprendido del buen resultado obtenido.

La idea era hacer un control electrónico que maneje las locomotoras, de una forma muy realista, es decir con control de aceleraciones y frenadas y con velocidad ajustada a la realidad de cada prototipo. Los que me conocen saben que tengo el mantra de que los aficionados hacen correr a sus locomotoras como si fueran coches de fórmula 1. Esto puede estar bien para un tren de alta velocidad, pero ver a una locomotora de vapor lanzada como una flecha por las vías, es algo que me repele profundamente.

Curiosamente se da un efecto, que no se a qué obedece, pero que se ha comentado en alguna ocasión, que cuando se graba un vídeo de una maqueta con los trenes circulando, en la reproducción, los trenes parecen ir mucho más deprisa de lo que aparentemente vemos en vivo en la maqueta. La mayoría de la gente piensa que esto es un efecto del vídeo que por algún motivo parece aumentar la velocidad. Yo estoy convencido de que es precisamente todo lo contrario: Lo que vemos en el vídeo es mucho más parecido a la velocidad real a la que se mueven los trenes, que la impresión de velocidad que nos producen en la realidad.

Mi teoría es que cuando miramos el vídeo, sobre todo si está bien hecho, y presenta tomas  cercanas de los trenes en medio de un paisaje, perdemos la referencia del tamaño de los trenes y tenemos una imagen bastante similar a las imágenes que podemos tener de un tren real, vistas en cine o televisión, por lo que tenemos un término de comparación real, y la impresión que nos produce es comparada con esas experiencias previas de imágenes anteriores. Por el contrario, al ver una maqueta somos conscientes del tamaño de los trenes y de que estamos viendo unas miniaturas cuyo tamaño podemos apreciar directamente. Como no tenemos término de comparación, parece que nuestro cerebro se despista y nos da la falsa impresión de que los trenes de la maqueta van muy despacio. Y no estoy hablando de una sutileza de un poco más despacio o un poco más deprisa. estoy hablando de que en el vídeo nos puede parecer que el tren va al doble de velocidad que cuando lo vemos en la maqueta, y curiosamente en esto no parece influir demasiado la escala.

Si le preguntamos a un espectador que está viendo los trenes en vivo circular en una maqueta ¿A qué velocidad crees que va ese tren, a la escala de la maqueta? es posible que nos diga por ejemplo que va a 80 o 90 Km por hora, y si hacemos el cálculo nos sorprenderá ver que realmente la velocidad que lleva el tren representa 200 km/hora en la realidad. Curiosamente, los fabricantes de trenes no se cortan un pelo y siguen vendiendo locomotoras, incluso de vapor y de mercancías, que circulan a 250 km/hora por las maquetas. La verdad es que hacen bien porque si nos vendieran por ejemplo una BR44 que no pasara en la maqueta de la velocidad máxima a escala de los 80 km/hora que era su velocidad real, la inmensa mayoría de los compradores la rechazarían porque dirían que ¡iba lentísima!.

Es una lástima porque lo que se gana en velocidad máxima se pierde en velocidad lenta, y si la escala de velocidades fuera real, las locomotoras tendrían engranajes con mayor reducción, y por lo tanto podrían mantener velocidades muy lentas, lo que sería, de nuevo, mucho más prototípico.

Bien, pues lo primero que he hecho, es un sistema para obtener el perfil dinámico de mis locomotoras, es decir cronometrar la velocidad a la que se mueven y obtener una relación entre el ajuste del controlador y la velocidad a escala de las locomotoras. Como ya comenté el programa hace circular una locomotora con distintos ajustes y obtiene una gráfica con las velocidades en función de la posición del control. Como estamos hablando de un control electrónico, la "posición" se mide por un parámetro digital que puede tomar un valor entre 0 y 255.

En la cabecera de este artículo se ve el resultado de esa operación reflejado en el gráfico con fondo verde. Como se ve, en el eje horizontal se representan pasos entre 0 y 255 y en el vertical velocidades. Vemos que el mínimo valor del eje horizontal es 21. Eso quiere decir que por debajo del paso 21 en el controlador, la locomotora no se mueve. Vemos que el máximo valor del paso es 95 y que para 95 la locomotora se mueve ya a una velocidad que representa ya 161 km/hora. Estos son los valores máximo y mínimo que van a utilizarse para controlar esa locomotora. Observese que 161 km/hr sobrepasa ya en un 30% la velocidad máxima real de la locomotora BR003 que era de 130 km/hora. Entre uno y otro valor se han leído 10 valores de pasos y las correspondientes velocidades lo que permite por interpolación encontrar el valor del paso necesario para conseguir que la locomotora se mueva a cualquier velocidad entre 0 y 161 km/hr. Naturalmente hay que sacar la gráfica para cada una de las locomotoras. Como curiosidad: Si llevamos el control al máximo, es decir al paso 255, la velocidad a la que se mueve esta BR003 supera los 300 km/h, y eso que la tensión de alimentación es de 9 Voltios. Eso si: 9 Voltios estabilizados, que no decaen por mucho consumo que demande la locomotora.

Bien, pues una vez que el software tiene en cuenta este perfil de cada locomotora, se obtiene una regulación extraordinariamente realista y precisa. En el vídeo siguiente se ve como el tren de prueba, arrastrado por la BR003, se mueve a velocidades moderadas que nos parecen (en el vídeo) bastante realistas. En más de una oportunidad se superpone a la imagen del tren, la del control de tracción, que muestra el valor de la velocidad a la que se mueve el tren. Al principio del vídeo lo vemos circular a 120, 90 y 60 Km/hora. Las velocidades responden rigurosamente a la conversión a escala de la velocidad de la locomotora en cada momento , y puede comprobarse cómo en el vídeo parecen bastante adecuadas, mientras que vistas en la maqueta, los trenes parecen ir muy lentos. Por ese motivo me he tomado la licencia de permitir sobrepasar en un 30% las velocidades máximas de las locomotoras.

Hay un momento en que se ve el amperímetro del EPCC, mostrando el consumo de la locomotora que está rodando

Luego se hace la demostración del control en modo Maniobras. En esa modalidad, la velocidad del tren se controla haciendo girar la rueda del ratón, tal como muestran las imágenes

A continuación vemos en el vídeo la demostración de los simuladores de inercia y de carga. En el controlador hay un primer ajuste del "simulador de inercia", y vemos dos paradas del tren con dos valores de este parámetro distintos. Ambas paradas se inician justamente al pasar por el puente. En la primera, con un valor alto, el tren tarda en pararse aproximadamente 500 metros a escala. En la segunda, con un valor bajo, el tren se para en aproximadamente 100 metros.

El segundo parámetro, denominado "factor de carga" simula el efecto de un tren pesado o un tren ligero. Un tren ligero acelera o frena con valores de aceleración similares, valores que dependen del "simulador de inercia" pero un tren pesado, por ejemplo un mercancías con muchos vagones tarda mucho más en acelerar que en frenar, y este parámetro permite establecer esta relación. El la imagen vemos como se ajusta el valor a 5, lo que representa que tardará cinco veces más en acelerar que en frenar, y a continuación vemos la imagen de como el tren empieza a acelerar y va ganando velocidad muy lentamente. Esto es real: Téngase en cuenta que un tren muy pesado cuenta sólo con la locomotora para ganar velocidad, pero a la hora de frenar, cada vagón tiene sus frenos que contribuyen decisivamente a detener el tren.

Se termina con una nueva demostración de sonido. Ya he montado un pequeño (3W) amplificador y unos altavoces, así que "en vivo" suena bastante bien, aunque lo tengo muy bajito por respeto a los vecinos. Tengo todavía que resolver el tema de conseguir que en los arranques y en las frenadas el sonido se cambie al correspondiente a cada situación.



Espero que os haya gustado

Supongo que ya todo el mundo sabe que locomotora que vemos en el vídeo NO ES digital. Sin embargo, como vemos, el comportamiento se aproxima mucho al de una locomotora digital. En particular, en este vídeo hemos visto como se ajustan los valores de inercia y carga, aspectos que todo el mundo identifica solamente con un sistema digital, por no hablar del propio control por ordenador. Aquí tenemos el caso de una locomotora analógica respondiendo a esos controles con la particularidad de que pueden ajustarse sobre la marcha, incluso con la locomotora rodando.

¿Qué era eso de las CV's....?


No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada

Gracias por expresar tus opiniones.

Los comentarios aparecerán en el blog normalmente en unos pocos segundos