Ajuste óptimo y automático de un sistema de control en cascada. Aplicación al seguimiento de trayectorias en servosistemas con fricción y zona muerta

Abstract

En la actualidad, el control en cascada continúa siendo una de las estrategias más utilizada en la industria de procesos y manufacturera. Los nuevos requisitos de precisión y robustez en los sistemas de control de posición y trayectoria para la fabricación de componentes en la micro escala y la dificultad de transferir a la industria estrategias avanzadas de control, obligan a rediseñar los métodos de ajuste para hacer frente a no linealidades duras como la fricción y la zona muerta. Este trabajo presenta el diseño y aplicación de un método de ajuste automático basado en simulación y optimización para el ajuste de los parámetros de sistema de control cascada del lazo de control de posición y de velocidad de un servomecanismo en presencia de fricción, elasticidad y holgura. La optimización basada en el método de Nelder-Mead utiliza como función de coste u objetivo, la minimización del máximo error de posición durante la inversión en presencia de no linealidades. El estudio realizado en simulación, los experimentos en tiempo real en el control de trayectoria y los estudios de viabilidad demuestran la validez de la estrategia propuesta con una mejora de más de 10% en la reducción del máximo error de posición, y sienta las bases a la implementación a nivel industrial de método propuesto.

Currently, cascade control continues to be one of the most used strategies in the manufacturing and process industry. The new requirements of precision and robustness in the systems of control of position and trajectory for the manufacture of components in the micro scale, force to redesign the methods of adjustment to deal with hard non-linearities such as friction and dead zone. This paper presents the design and application of an automatic adjustment method based on simulation and optimization for the adjustment of the cascade control system parameters of the position and speed control loop of a servomechanism in the presence of friction, elasticity and clearance. The optimization based on the Nelder-Mead method uses as a function of cost or objective, the minimization of the maximum position error during the investment in the presence of nonlinearities. The simulation study, the real-time experiments in trajectory control and the feasibility studies demonstrate the validity of the proposed strategy with an improvement of more than 10% in the reduction of the maximum error of position, and pave the way for the implementation at industrial level of the proposed method.