Diseño e implementación de diferentes controladores en un levitador magnético para rechazo de perturbaciones de posición
En el marco de la Maestría en Ingeniería del Instituto Balseiro, se implementaron controladores diseñados con diferentes técnicas de control para el rechazo de perturbaciones del tipo vibratorias en un levitador magnético. La motivación de realizar este levitador y atenuar perturbaciones del tipo vi...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2024
|
| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1277/1/Castelao_Caruana.pdf |
| Aporte de: |
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I25-R131-1277 |
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Instituto Balseiro |
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Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) |
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Teoría de control Control theory Teoría de control Magnetic bearings Cojinetes magnéticos [Active vibration control Control de vibración activo Dynamic control Control dinámico Magnetic levitator Levitador magnético Disturbance rejection Rechazo de perturbación] |
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Teoría de control Control theory Teoría de control Magnetic bearings Cojinetes magnéticos [Active vibration control Control de vibración activo Dynamic control Control dinámico Magnetic levitator Levitador magnético Disturbance rejection Rechazo de perturbación] Castelao Caruana, Marcelo J. Diseño e implementación de diferentes controladores en un levitador magnético para rechazo de perturbaciones de posición |
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En el marco de la Maestría en Ingeniería del Instituto Balseiro, se implementaron controladores diseñados con diferentes técnicas de control para el rechazo de perturbaciones del tipo vibratorias en un levitador magnético. La motivación de realizar este levitador y atenuar perturbaciones del tipo vibratorias radica en los cojinetes magnéticos activos de máquinas rotantes. Este levitador trata de captar la dinámica de un cojinete magnético sometidos a cargas axiales, para luego ensayar diferentes algoritmos de control que atenúen esta vibración.
Como primera etapa se debió diseñar al Levitador en su conjunto, definiendo estructuras, actuador, perturbación, sensores de posición y corriente, placas amplificadoras, y acondicionamiento de señales, placa de control, etcétera.
Como segunda etapa, se caracterizaron e identificaron los distintos parámetros que definen la dinámica del sistema. A partir de estos parámetros, se realizó un modelo matemático del mismo, que permitió diseñar y ensayar los diferentes algoritmos de control a implementar.
En una tercera etapa del trabajo, se estudiaron distintos controladores capaces de rechazar perturbaciones del tipo vibratoria en el elemento levitado. A partir de esta investigación se diseñaron e implementaron distintas técnicas de control al sistema Levitador Magnético. Las técnicas de control implementadas fueron: control clásico, control repetitivo, control moderno con estimador MIMO, control moderno con filtro de Kalman para perturbación de frecuencia fija y filtro de Kalman para perturbación de frecuencia variable.
Por último, se estudió la performance de los controladores implementados para la atenuación de la perturbación introducida al elemento levitado. Para el estudio de la performance, se calculó el espectro de potencia de la señal de posición del elemento levitado, la desviación estándar de la señal posición y la energía contenida (a través del teorema de Parseval) en la señal de posición con respecto a la posición media. |
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I25-R131-12772024-09-13T13:36:52Z Diseño e implementación de diferentes controladores en un levitador magnético para rechazo de perturbaciones de posición Desing and implementatation of different controllers in a magnetic levitator for rejection of position disturbance Castelao Caruana, Marcelo J. Teoría de control Control theory Teoría de control Magnetic bearings Cojinetes magnéticos [Active vibration control Control de vibración activo Dynamic control Control dinámico Magnetic levitator Levitador magnético Disturbance rejection Rechazo de perturbación] En el marco de la Maestría en Ingeniería del Instituto Balseiro, se implementaron controladores diseñados con diferentes técnicas de control para el rechazo de perturbaciones del tipo vibratorias en un levitador magnético. La motivación de realizar este levitador y atenuar perturbaciones del tipo vibratorias radica en los cojinetes magnéticos activos de máquinas rotantes. Este levitador trata de captar la dinámica de un cojinete magnético sometidos a cargas axiales, para luego ensayar diferentes algoritmos de control que atenúen esta vibración. Como primera etapa se debió diseñar al Levitador en su conjunto, definiendo estructuras, actuador, perturbación, sensores de posición y corriente, placas amplificadoras, y acondicionamiento de señales, placa de control, etcétera. Como segunda etapa, se caracterizaron e identificaron los distintos parámetros que definen la dinámica del sistema. A partir de estos parámetros, se realizó un modelo matemático del mismo, que permitió diseñar y ensayar los diferentes algoritmos de control a implementar. En una tercera etapa del trabajo, se estudiaron distintos controladores capaces de rechazar perturbaciones del tipo vibratoria en el elemento levitado. A partir de esta investigación se diseñaron e implementaron distintas técnicas de control al sistema Levitador Magnético. Las técnicas de control implementadas fueron: control clásico, control repetitivo, control moderno con estimador MIMO, control moderno con filtro de Kalman para perturbación de frecuencia fija y filtro de Kalman para perturbación de frecuencia variable. Por último, se estudió la performance de los controladores implementados para la atenuación de la perturbación introducida al elemento levitado. Para el estudio de la performance, se calculó el espectro de potencia de la señal de posición del elemento levitado, la desviación estándar de la señal posición y la energía contenida (a través del teorema de Parseval) en la señal de posición con respecto a la posición media. In the context of the Master's Degree in Engineering at the Balseiro Institute, different control techniques were implemented for the rejection of vibration-type disturbances in a magnetic levitator. The motivation for realising this levitator and attenuating vibration-type disturbances lies in the active magnetic bearings of rotating machines. This levitator tries to capture the dynamics of a magnetic bearing subjected to axial loads, and then implement different control algorithms to attenuate this vibration. To do this, the Levitator had to be designed as a whole, defining structures, actuator, disturbance, position and current sensors, amplifier boards, signal conditioning, control board, etcetera. As a second stage, the different parameters that define the dynamics of the system were characterised and identified. Based on these parameters, a mathematical model of the system was created, which allowed the design and testing of the different control algorithms to be implemented. Then, different controllers capable of rejecting vibration-type disturbances in the levitated element were studied. Based on this research, different control techniques were designed and implemented for the Magnetic Levitator system. The control techniques implemented were: classical control, repetitive control, modern control with MIMO estimator, modern control with Kalman filter for fixed frequency disturbance and Kalman filter for variable frequency disturbance. Finally, the performance of the controllers implemented for the attenuation of the disturbance introduced to the levitated element was studied. For the performance study, the power spectrum of the position signal of the levitated element, the standard deviation of the position signal and the energy contained (through Parseval's theorem) in the position signal with respect to the equilibrium were calculated. 2024-06-27 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1277/1/Castelao_Caruana.pdf es Castelao Caruana, Marcelo J. (2024) Diseño e implementación de diferentes controladores en un levitador magnético para rechazo de perturbaciones de posición / Desing and implementatation of different controllers in a magnetic levitator for rejection of position disturbance. Maestría en Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1277/ |