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Un controlador de movimiento actúa como el cerebro del sistema de control de movimiento y calcula el comando para cada nueva trayectoria. Porque esta tarea es vital, este controlador tiene un procesador digital de señales (DSP). El controlador de movimiento usa las trayectorias calculadas para determinar el comando apropiado de torque para enviar al amplificador y este hacia el motor causado el movimiento.

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Página 11 Figura 1-7 Estructura Básica de un Sistema de Control de Movimiento

El controlador de movimiento usa generalmente lazos de control PID, porque esto requiere un alto nivel determinismo y es vital para una operación consistente.

1.4.1.1.1 Control de Velocidad

Un control típico de velocidad PID comercial se muestra en la figura 1-8, donde se observa el diagrama a bloques, es tan “simple” como un controlador “PID”, donde la entrada de referencia es un valor de velocidad “Velocity Request” que se calcula cada n milésimas de segundo, recibe el valor real de velocidad a través del encoder “Velocity Feddback” y tomando en cuenta la acción del PID, así como de los otros lazos de Feed Forward a su salida genera el valor de referencia para el servoaccionamiento.

1.4.1.1.2 Control de Posición

Un control típico de Posición PID comercial se muestra en la figura 1-9, donde se observa el diagrama a bloques, es tan “simple” como un controlador “PID”, donde la entrada de referencia es un valor de Posición “Position Request” que se calcula cada n milésimas de segundo, recibe el valor real de Posición a través del encoder “Position Feddback” y tomando en cuenta la acción del PID, así como de los otros lazos de Feed Forward a su salida genera el valor de referencia para el servoaccionamiento.

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Página 12 Figura 1-8 Control típico de Velocidad PID Comercial

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Página 13 1.4.1.1.3 Perfil de Movimiento

El movimiento de los objetos móviles se puede especificar por varios parámetros, que define en conjunto el perfil de movimiento. Estos parámetros son:

Velocidad (Speed): El índice del cambio de la posición

Aceleración (Acceleration): El índice del cambio de la velocidad durante un aumento de la velocidad.

Desaceleración (Deceleration): El índice del cambio de la velocidad durante una disminución de la velocidad.

Tirón (Jerk): El índice del cambio de aceleración o desaceleración

Existen muchos perfiles de movimiento, como: lineal, rampa, trapezoidal, Sinusoidal, Cubica, Curva-S, etc., sin embargo los más utilizados por los controladores de movimiento son el trapezoidal y la curva S [15].

1.4.1.1.3.1 Perfil Trapezoidal

Un perfil trapezoidal es típicamente compuesto de tres secciones, una fase de aceleración, una fase de velocidad constante y una fase de desaceleración.

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Página 14 Como se muestra en la figura 1-10, en la primera parte la velocidad aumenta definida por el índice de aceleración hasta alcanzar la velocidad objetivo, la velocidad entonces permanecerá constante hasta el punto de reducción de la velocidad, donde la velocidad disminuirá entonces definida por el índice de desaceleración hasta parar. [16]

1.4.1.1.3.2 Perfil Curva-S

Un perfil de curva-s puede ser considerado como un agregado del perfil trapezoidal. Este típicamente está compuesto de siete secciones, cuatro fases de jerk (tirón), una fase de aceleración, una fase de velocidad constante y una fase de desaceleración.

En la figura 1-11 se observan las 7 fases, las áreas sombreadas representan un Jerk, es decir que ante un cambio de fase del perfil trapezoidal este cambio es suavizado con una curva, las fases que no están sombreadas trabajan idénticamente al perfil trapezoidal, es decir las fase de aceleración hasta la velocidad objetivo, la fase de velocidad constante y la fase de desaceleración hasta cero. [16]

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Página 15 1.4.1.1.4 Calculo de trayectorias

La trayectoria de movimiento describe el comando o señal de salida del controlador de movimiento hacia el Driver / Amplificador, resultando en una acción de motor/movimiento que sigue el perfil de movimiento. El controlador típico de movimiento calcula la trayectoria de movimiento basándose en el perfil de movimiento. El controlador de movimiento usa los valores de posición objetivo deseada, velocidad objetivo máxima, la aceleración y desaceleración para determinar los tiempos dedicados hacia los segmentos primarios de movimiento (que incluyen aceleración, velocidad constante y desaceleración).

Por ejemplo si se tienen los siguientes valores de movimiento: Velocidad = 8 RPM

Aceleración = 16 RPM/s2 Desaceleración = 16 RPM/s2 Distancia = 12 Rev.

La trayectoria que genera un controlador de movimiento se muestra en la siguiente figura.

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Página 16 1.4.1.2 Amplificador

El amplificador del motor o drive es la parte del sistema que toma los comandos del controlador de movimiento en la forma de señales analógicas de voltaje con baja corriente y las convierten en señales con corrientes altas para controlar el motor.

En este caso, las señales con corrientes altas para controlar el Servomotor Brushless AC, son las señales de conmutación de las fases U, V y W, y como se menciono con amplitud de estas varía la velocidad del rotor.

Algunos de los fabricantes industriales, integran el Amplificador y controlador de movimiento en un mismo dispositivo, como es el caso del ULTRA3000.

El amplificador para motores trifásicos AC incluyen un circuito de modulación de ancho de pulso (PWM) para voltaje, corriente, y control de frecuencia. La figura 1-13 muestra un ejemplo de este tipo del amplificador proporcionado por Parker Compumotor Division, este es exclusivo para uso de un servomotor brushless AC con perfil trapezoidal. [10]

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Página 17 1.4.1.3 Actuador

Generalmente son motores rotativos o lineales, los motores convierten la energía eléctrica en energía mecánica, existen varios tipos de motores, como motores a pasos, motores brushser, brushless, etc. Para este trabajo el que se utilizo fue un servomotor brushless AC el cual ya se describió anteriormente.

1.4.1.4 Dispositivo de realimentación

El dispositivo de retroalimentación, es el sensor que esta acoplado al actuador, y dependiendo de las variables de movimiento que se deseen controlar se utiliza el dispositivo más adecuado, en la tabla 1-1 se muestran algunos dispositivos usados para medir las variables fundamentales del control de movimiento. [17] [18]

Tabla 1-1 Dispositivos de Retroalimentación Retroalimentación Dispositivo

Corriente _{Sensor de Efecto Hall}

Aceleración _{Encoder, Resolver o sensor especifico de aceleración} Velocidad Encoder, Resolver o tacómetro

Posición Encoder, Resolver, Potenciómetro o dispositivo de posicionamiento Para este trabajo se utilizo un encoder incremental, el cual ya se describió su funcionamiento anteriormente.