Universidad Nacional De Quilmes Ingeniería En Automatización Y Control Industrial

Transcript

Diseño e implementación del control multivariable de un péndulo sobre carro con un grado de libertad >Autor: Esteban Kemerer >Tutor: Ing. Roberto Saco Universidad Nacional de Quilmes Ingeniería en Automatización y Control Industrial Introducción Un problema concreto con aplicación en la industria Automatización Electrónica Mecánica Informática Control Física Proceso de traslado de cargas con gruas puente. Trasladar la carga con presición en el menor tiempo posible. Pendulación de la carga Un cambio de velocidad del carro trae consigo una variación en el movimiento pendular de la carga Soluciones al Problema Inmovilizar en forma mecánica la carga para que no pendule. Mover el carro a bajas aceleraciones. Comandar inteligentemente el carro observando el movimiento pendular que describe la carga. Otras. Costos y viabilidad de la solución Control manual Pensar según la experiencia Contemplar el carro y la carga Comandar la grúa Control Automático Generar actuaciones en base al conocimiento Medir y observar variables del proceso Actuar sobre el motor Objetivos de este proyecto Adquirir experiencia en la programación en un sistema operativo en tiempo real. Diseñar e implementar un control automático y manual de la posición del péndulo. Diseñar y construir una maqueta económica que ponga de manifiesto el problema Desarrollar software para la adquisición, control y supervisión del péndulo. Un Modelo ¿Por qué la necesidad de buscar un modelo? Simplicidad y complejidad. Robustez. Predicción. PERTURBACION MODELO ENTRADAS SALIDAS Variables Relevantes La entrada es la fuerza aplicada al carro. Las salidas medidas son la posición del carro y del péndulo. Las velocidades del carro y del péndulo son variables internas no medidas. MODELO Posición del carro Velocidad del carro Posición angular de la carga Velocidad angular de la carga Modelo no lineal Planteando la ecuaciones de Newton parados en el carro y en la carga. Parámetros: M, m, ra, rc, g, L Ajuste de parámetros GRUPO 1: parámetros medibles (m, M, L, g) GRUPO 2: ajustados en respuesta libre (ra, L) GRUPO 3: ajustados automáticamente aplicando actuación a la planta (rc, Ku). Grupo 2 Ajuste final Señales del proceso En un sistema discreto se manejan señales muestreadas. El período de muestreo elegido es el mínimo que permite el sensor de posición. Este período de muestreo debe ser elegido de manera tal que cumpla con el teorema de muestreo. T=20 ms. Expresamos el retardo del sistema en unidades exactas del periodo de muestreo. 4 Modelos Modelo NO lineal Modelo Lineal Modelo Discreto Modelo Discreto con actuador incorporado. Maqueta Sensores de posición. Maqueta Fines de carrera. Motoreductor y sistema de tracción. Actuador PWM Diagrama general de conexiones Estrategia de control Realimentación de estados con acción integral. Ajuste de K por el método LQR. Observador de estados Implementación Sistemas digitales Procesadores Sistema operativo. Procesos Scheduling Hilos Comunicación y sincronización entre procesos. Tiempo real. QNX Microkernel Desarrollo en C o C++ Mensajeria Send-Recieve RT y robustez garantizados Photon. QNX como una red. Software Proceso Principal Servidor de datos RT El mímico Score Mide la performance en el traslado de la carga. Se utiliza para el ajuste del controlador. Exhibición Modos de funcionamiento. Inicialización del sistema. Traslado a lazo abierto (manualmente). Traslado a lazo cerrado (control automático). Conclusiones QNX 6 es una buena plataforma para implementar controles en RT. El control automático de oscilaciones cumplió los objetivos satisfactoriamente. Se obtienen mejores respuestas utilizando los estados observados. El retardo del sistema se representó de una forma sencilla y con óptimos resultados. FIN!!!