Tacca, Esteban A. (2019) Estudio de algoritmos de control para sistemas multi-eje con restricciones. / Study of control algorithms for multi-axis systems with restrictions. Maestría en Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 8Mb |
Resumen en español
Este trabajo reúne los conocimientos adquiridos en el desarrollo y aplicación de algoritmos de control en un sistema de posicionamiento multi-eje construido en los talleres de la Comisión Nacional de Energía Atomica (CNEA). Para ello se implementa un sistema de control en lazo abierto con una PC como controlador y motores paso a paso como actuadores. Los algoritmos se escriben en lenguaje C, luego son compilados y ejecutados en la PC, generando señales de comando que son enviadas a través del puerto paralelo a etapas de potencia encargadas de conmutar las bobinas de los motores. En primer lugar, se reunieron conceptos y particularidades sobre el funcionamiento de los componentes. Se realizo una caracterización de la respuesta de cada eje con señales cuadradas de frecuencia constante. Se construyo un modelo de simulación de baja complejidad con comportamiento similar al real cuando la señal de entrada es cuadrada con frecuencia constante. En segundo lugar, se escribieron y ensayaron distintos algoritmos de movimiento en un eje, concluyendo en un algoritmo con perfil de velocidad trapezoidal, que al ser ensayado da una respuesta sin sobrepico y tiempo de posicionamiento en el orden del segundo. Se estudiaron las características de repetibilidad y precisión del equipo. El comportamiento y las características se compararon con las que posee un segundo sistema de posicionamiento con similares prestaciones fabricado por una marca reconocida. Finalmente el aprendizaje durante la aplicación de algoritmos de movimientos en un eje se utilizo para desarrollar algoritmos de movimientos coordinados de trayectoria lineal y circular en dos ejes. Se muestran y discuten los resultados de ensayar estos algoritmos multi-eje en el primer sistema de posicionamiento mencionado.
Resumen en inglés
The work presented in this thesis collects the knowledge gained from the development and application of control algorithms applied to a multi-axis positioning system. Such system was designed and built at the CNEA workshops. An open loop control system is implemented, where stepper motors are used as actuators and a computer is used as the controller. The control algorithms are written using C language and compiled in order to be executed in the control system computer. Command signals are generated in the controller and sent though the parallel port to the stepper motors drivers. Firstly, concepts and knowledge about the components were collected. A response characterization of all axis was done to a constant frequency square signal. Good simulation results were obtained from a low-complex model created to simulate the response of the system to constant frequency square signals. Secondly, different mono-axis movement algorithms were written and tested. As a result, it was concluded that a trapezoidal-velocity prole algorithm has a nonovershoot response and approximately one-second positioning time. The device accuracy and repeatability was studied. The performance and characteristics were compared with a similar-feature equipment made by a lider company. Thirdly, the knowledge obtained from mono-axis movement algorithms applications was used to develop two-axis coordinated motion algorithms with linear and circular trajectory. Finally, the results obtained from testing the developed multi-axis algorithms in the first positioning system presented are shown and discussed.
| Tipo de objeto: | Tesis (Maestría en Ingeniería) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Positioning; Posicionamiento; Algorithms; Algoritmos; Control; [Multi-axis; Multieje] |
| Referencias: | [1] Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA). El escaner de ten- siones / difractómetro multipropósito. [en linea]. [Consulta: Noviembre 2017]. http://www.lahn.cnea.gov.ar/index.php/instrumentacion/escaner-detensiones- difractometro. 1 [2] Ouyang, P. R., Tjiptoprodjo, R. C., Zhang, W. J., Yang, G. S. Micro-motion devices technology: The state of arts review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 38, 463-478, 2008. 2, 8 [3] ETEL S.A. Deniciones sistema de movimiento. [en linea]. [Consulta: Febrero 2019]. https://www.etel.ch/es/sistemas-de-movimiento/definiciones/. 2 [4] ISO (2006). Test code for machine tools | Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes, 2006. ISO 230-2:2006(E). Suiza, 2006. 3, 86, 89, 90 [5] Acarnley, P. Stepping Motors - a guide to theory and practice. 4a editon. Londres: The Institution of Engineering and Technology, 2007. 3, 5, 7, 8, 46, 48 [6] Hughes, A. Electric motors and drives. 3a editon. Oxford: Elsevier Ltd., 2006. 3 [7] Semiconductor Components Industries, LLC. Stepping Motors and Stepping Motor Control System (TND6197/D), 2015. 3, 6 [8] Kevin McCarthy. Dover motion white paper: Accuracy in positioning sys- tems. [en linea]. [Consulta: Setiembre 2018]. Disponible en internet : https://dovermotion.com/resources/white-papers/. 3, 4, 5 [9] Bodson, M., Sato, J., Silver, S. Spontaneous speed reversals in stepper motors. IEEE Transactions on control systems technology, 14, 369-373, 2006. 8 [10] Ogata, K. Ingeniería de control moderna. 5a editon. Madrid: Pearson Education, S.A., 2010. 8 [11] Motion Control Tips Editor. Open-loop stepper motor versus closed-loop step- per motor systems. [en linea], Julio 2016. [Consulta: Setiembre 2018]. Disponible en internet : https://www.motioncontroltips.com/open-loop-stepper-motorversus- closed-loop-stepper-motor-systems/. 9 [12] Leadshine Technology Co., Ltd. Hoja de datos: 57HS Series Hybrid Stepping Motors. 9 [13] Leadshine Technology Co., Ltd. User's Manual For DM542, Version 1.0, 2012. 9 [14] Qt company Ltd. Qt Designer Manual. [en linea]. [Consulta: Febrero 2019]. Disponible en internet : https://doc.qt.io/qt-5/qtdesigner-manual.html. 18 [15] Ogata, K. Discrete-Time Control System. 2a editon. Englewood Cliffs: Prentice-Hall International, Inc., 1995. 25 [16] Atmel Corporation. AVR446: Linear speed control of stepper motor (Application Note), 2006. Disponible en internet: http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/doc8017.pdf. 47 [17] Pramod Ranade (SPJ Embedded Technologies). Linear motor control without the math, 2009. Disponible en internet : https://www.edn.com/design/other/4026992/Linear-motor-control-withoutthe- math-item-1. |
| Materias: | Ingeniería mecánica > Automatización y control Ingeniería en telecomunicaciones > Telecomunicaciones |
| Divisiones: | Gcia. de área de Energía Nuclear > Gcia. de Ingeniería Nuclear > Control de procesos > Monitoreo y control de sistemas distribuidos |
| Código ID: | 816 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 01 Feb 2021 12:17 |
| Última Modificación: | 01 Feb 2021 12:17 |
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