Sintonización de un controlador para un posicionador lineal usando la dinámica de alta frecuencia del sistema

• Autores: Agustín Casquero, Rogelio Hecker, Diego Vicente, Gustavo Marcelo Flores
• Localización: Revista iberoamericana de ingeniería mecánica, ISSN 1137-2729, Vol. 17, Nº 2, 2013, págs. 89-97
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Controller tuning for a linear feed dride using the high frequency system dynamics
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    Las máquinas herramientas modernas requieren de sistemas de posicionamiento capaces de seguir, con errores reducidos, trayectorias con valores elevados de velocidad y aceleración. Para ello, estos sistemas deben ser diseñados y controlados para obtener un ancho de banda adecuado y buena robustez a las perturbaciones externas y a las dinámicas no compensadas. Este trabajo presenta la dinámica de alta frecuencia y un modelo reducido de un dispositivo de posicionamiento lineal compuesto por: un motor eléctrico, un sistema tornillo-tuerca de bolas recirculantes y un carro que se desliza sobre guías lineales, también de bolas recirculantes. Además, se incluyen los parámetros estimados del modelo reducido y de la fricción de Coulomb. Luego se presenta un esquema de control compuesto por: ubicación de polos de lazo cerrado mediante la técnica de variables de estado, más un prefiltro que tiene en cuenta la dinámica del sistema (Zero Phase Error Tracking Controller, ZPETC) y adicionalmente un compensador para la fricción dinámica. La dinámica deseada de lazo cerrada se selecciona mediante un análisis de estabilidad utilizando el modelo de alta frecuencia del sistema. Finalmente, se muestran resultados experimentales donde se constatan valores de error reducidos en seguimiento de trayectorias exigentes. Para trayectorias a velocidad constante entre dos posiciones determinadas, incluyendo arranque y parada, se detecta un error medio menor a 41? m y para trayectorias sinusoidales se observa un error medio menor a 38?m, siendo estos valores apropiados para máquinas herramientas modernas.

  • English

    Modern machine tools require positioning systems with the ability to follow, with reduced errors, trajectories with high velocities and accelerations. Therefore, the controllers must achieve an appropriate bandwidth and robustness to reject external perturbations and the effects of non-modeled dynamics. This work presents the high frequency dynamics and a reduced model of a system composed by an electric motor, a ball screw, and linear bearing guides. Furthermore, the estimated parameters for the reduced model and the Coulomb friction are presented. Following, a control strategy is presented given by a state space controller, a Zero Phase Error Tracking Controller and a compensation for the Coulomb riction. The desired closed loop dynamics was selected by studying the stability of the system using the high frequency model. Finally, experimental results with low tracking error are shown. For point to point positioning at constant velocity it shows an average error of 41?m, and 38?m for a sine type trajectory. Both values are suitable for modern machine tools.