El control de movimiento es un subcampo de la automatización , que abarca los sistemas o subsistemas involucrados en mover partes de máquinas de manera controlada. Los sistemas de control de movimiento se utilizan ampliamente en una variedad de campos para fines de automatización, incluida la ingeniería de precisión , la microfabricación , la biotecnología y la nanotecnología . [1] Los componentes principales involucrados generalmente incluyen un controlador de movimiento, un amplificador de energía y uno o más motores primarios o actuadores . El control de movimiento puede ser de bucle abierto o bucle cerrado . En los sistemas de bucle abierto, el controlador envía un comando a través del amplificador al motor primario o actuador, y no sabe si realmente se logró el movimiento deseado. Los sistemas típicos incluyen motor paso a paso o control de ventilador. Para un control más estricto con más precisión, se puede agregar un dispositivo de medición al sistema (generalmente cerca del movimiento final). Cuando la medición se convierte en una señal que se envía de regreso al controlador, y el controlador compensa cualquier error, se convierte en un sistema de bucle cerrado.
Por lo general, la posición o velocidad de las máquinas se controla utilizando algún tipo de dispositivo, como una bomba hidráulica , un actuador lineal o un motor eléctrico , generalmente un servo . El control de movimiento es una parte importante de la robótica y las máquinas herramienta CNC , sin embargo, en estos casos es más complejo que cuando se utiliza con máquinas especializadas, donde la cinemática suele ser más simple. Este último se suele llamar control de movimiento general (GMC). El control de movimiento se utiliza ampliamente en las industrias de embalaje, impresión, textiles, producción de semiconductores y ensamblaje. El control de movimiento abarca todas las tecnologías relacionadas con el movimiento de objetos. Cubre todos los sistemas de movimiento, desde sistemas de tamaño micro, como actuadores de microinducción de tipo silicio, hasta sistemas micro-siml, como una plataforma espacial. Pero, en estos días, el enfoque del control de movimiento es la tecnología de control especial de sistemas de movimiento con actuadores eléctricos, como servomotores de CC/CA. El control de manipuladores robóticos también se incluye en el campo del control de movimiento porque la mayoría de los manipuladores robóticos son impulsados por servomotores eléctricos y el objetivo clave es el control del movimiento. [2]
Descripción general
La arquitectura básica de un sistema de control de movimiento contiene:
Un controlador de movimiento, que calcula y controla las trayectorias mecánicas (perfil de movimiento) que debe seguir un actuador ( es decir , planificación del movimiento ) y, en sistemas de circuito cerrado, emplea retroalimentación para realizar correcciones de control y así implementar el control de circuito cerrado.
Un controlador o amplificador que transforma la señal de control del controlador de movimiento en energía que se presenta al actuador. Los controladores "inteligentes" más nuevos pueden cerrar los bucles de posición y velocidad internamente, lo que da como resultado un control mucho más preciso.
Un motor o actuador principal, como una bomba hidráulica, un cilindro neumático, un actuador lineal o un motor eléctrico para el movimiento de salida.
En sistemas de circuito cerrado, uno o más sensores de retroalimentación, como codificadores absolutos e incrementales , resolvers o dispositivos de efecto Hall , para devolver la posición o velocidad del actuador al controlador de movimiento con el fin de cerrar los bucles de control de posición o velocidad.
La interfaz entre el controlador de movimiento y los variadores que controla es muy importante cuando se requiere un movimiento coordinado, ya que debe proporcionar una sincronización estricta . Históricamente, la única interfaz abierta era una señal analógica, hasta que se desarrollaron interfaces abiertas que satisfacían los requisitos del control de movimiento coordinado; la primera fue SERCOS en 1991, que ahora se ha mejorado a SERCOS III . Las interfaces posteriores capaces de controlar el movimiento incluyen Ethernet/IP , Profinet IRT , Ethernet Powerlink y EtherCAT .
Las funciones de control comunes incluyen:
Control de velocidad.
Control de posición (punto a punto): existen varios métodos para calcular una trayectoria de movimiento. Estos suelen basarse en los perfiles de velocidad de un movimiento, como un perfil triangular, un perfil trapezoidal o un perfil de curva en S.
Control de impedancia : este tipo de control es adecuado para la interacción con el entorno y la manipulación de objetos, como en robótica.
Engranaje electrónico (o perfilado de levas): la posición de un eje esclavo está matemáticamente vinculada a la posición de un eje maestro. Un buen ejemplo de esto sería un sistema en el que dos tambores giratorios giran a una relación determinada entre sí. Un caso más avanzado de engranaje electrónico es el perfilado de levas electrónico. Con el perfilado de levas electrónico, un eje esclavo sigue un perfil que es una función de la posición del maestro. Este perfil no necesita estar salado, pero debe ser una función animada.
¿Qué es un controlador de movimiento? Resumen técnico para ingenieros de movimiento
Lectura adicional
Tan KK, TH Lee y S. Huang, Control de movimiento de precisión: diseño e implementación , 2.ª ed., Londres, Springer, 2008.
Ellis, George, Guía de diseño de sistemas de control, cuarta edición: Cómo usar la computadora para comprender y diagnosticar controladores de retroalimentación
Referencias
^ Ma, Jun; Li, Xiaocong; Tan, Kok Kiong (2020). "1.1: Descripción general de los sistemas de control de movimiento". Optimización avanzada para sistemas de control de movimiento . Estados Unidos: CRC Press, Taylor & Francis Group. pág. 1. ISBN 978-1000037111.[1], Google Books. Recuperado el 30 de abril de 2020.
^ Harashima, F. (1996). "Avances recientes en mecatrónica". Actas del Simposio Internacional IEEE sobre Electrónica Industrial . Vol. 1. págs. 1–4. doi :10.1109/ISIE.1996.548386. ISBN0-7803-3334-9.S2CID108759313 .
