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

Abstract

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 μm y para trayectorias sinusoidales se observa un error medio menor a 38 μm, siendo estos valores apropiados para máquinas herramientas modernas.