Design, Modeling, Identification and Control of Mechatronic Systems
Les societats modernes plantegen nous reptes que demanden noves maneres de tractar els projectes d'enginyeria. Els enginyers han d'afrontar aquests reptes i desenvolupar solucions òptimes i eficients pels problemes clàssics i nous. Els diferents avenços produïts en la tecnologia hi poden a...
| Author: | |
|---|---|
| Format: | doctoral thesis |
| Status: | Published version |
| Publication Date: | 2007 |
| Country: | España |
| Institution: | CBUC, CESCA |
| Repository: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/6309 |
| Online Access: | http://www.tdx.cat/TDX-0713107-100520 http://hdl.handle.net/10803/6309 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-93621 |
| Access Level: | Open access |
| Keyword: | control histeresis mecatrònica activadors piezoelèctrics 621.3 |
| Summary: | Les societats modernes plantegen nous reptes que demanden noves maneres de tractar els projectes d'enginyeria. Els enginyers han d'afrontar aquests reptes i desenvolupar solucions òptimes i eficients pels problemes clàssics i nous. Els diferents avenços produïts en la tecnologia hi poden ajudar, però una nova manera de tractar els problemes enginyerils és també necessària, no considerant únicament les diferent especialitats de l'enginyeria aïlladament. En aquest context, podem parlar de la creació d'una nova filosofia de fer enginyeria: la Mecatrònica. La Mecatrònica s'ha definit com l'aplicació de decisions complexes a l'operació de sistemes físics. La Mecatrònica ha estat també definida com la integració o sinergia de diferents disciplines de l'enginyeria. Aquestes disciplines inclouen l'enginyeria mecànica, l'enginyeria elèctrica, l'enginyeria electrònica, l'enginyeria de control, les comunicacions industrials i l'enginyeria de software. No obstant, la importància del concepte no està únicament en la definició sinó a la filosofia que hi ha al fons. És important de veure, que la Mecatrònica no és només la suma dels resultats de diferents disciplines, sinó la filosofia enginyeril per afrontar els problemes com un de sol, fent servir les eines que subministren les diferents disciplines. <br/>La present tesi es divideix en dos parts que tracten problemes de diferent natura. La primera part es titula Regles de disseny i modelat d'actuadors per l'optimització de sistemes mecatrònics i es centra en proporcionar un anàlisis detallat de diferents actuadors utilitzant un procediment general, orientat a millorar el disseny de l'actuador. S'introdueix una nova metodologia per analitzar actuadors lineals electromagnètics i hidràulics modelitzant la seves magnituds mecàniques (força, treball i desplaçament) com a funcions de la geometria i les propietats del material, estudiant l'escalabilitat (en el sentit de produir la mateixa distribució de tensions i deformacions per diferents mides). La motivació de realitzar aquest treball neix de la necessitat d'estructures i sistemes lleugers i de volum reduït, que han de ser integrats en el procediment de disseny el més aviat possible. Per tant, s'estudien les relacions geomètriques, les proporcions i les propietats dels materials que maximitzen les magnituds mecàniques de sortida dels actuadors per un volum i pes limitat, així com l'escabilitat per la seva posterior integració en estructures. Els resultats són validats mitjançant anàlisi dimensional de les expressions obtingudes i comparant els resultats numèrics amb dades d'actuadors industrials. Es considera el comportament estàtic de diferents classes d'actuadors, incloent actuadors hidràulics i electromagnètics lineals. <br/>La segona part es titula Identificació i Control d'Actuadors Piezoelèctrics. Els actuadors piezoelèctrics estan demostrant ser una solució fiable per moltes aplicacions, des del microposicionament (màquines eina, dispositius òptics o microscopis moderns) al control actiu d'estructures. La principal motivació de la segona part de la tesis és aprofundir en models per representar el comportament histerètic dels actuadors piezoelèctrics per posteriorment aplicar els models al desenvolupament de controladors pels sistemes histerètics. Es desenvolupa inicialment un estudi general dels actuadors piezoelèctrics per després tractar la seva modelització. Degut a l'elevat comportament no-lineal observat es necessita un model d'histèresis. El model de Bouc-Wen ha estat escollit i s'ha treballat en la identificació dels paràmetres del model i la seva validació. Un cop el sistema ha estat modelat, s'<br/>olinebreak ha dissenyat un nou controlador lineal i s'ha implementat en una plataforma experimental utilitzant un DSP (Processador digital de senyal). <br/>Encara que les dues parts estan clarament diferenciades, la unitat de la tesis pot ser trobada a les arrels de la Mecatrònica. La tesis tracta la resposta a una sola pregunta: Com podem millorar un sistema mecatrònic? No obstant, la resposta és doble: Dissenyant i modelant actuadors òptims considerant el sistema o estructura complet i controlant el sistema adequadament fent servir els models desenvolupats. |
|---|