Control adaptativo por referencia de modelo con predictor Smith utilizando la regla MIT para una mesa vibratoria de dos grados de libertad

Model reference adaptive control with smith predictor using the mit rule for a two-degree-of-freedom shake table

Las mesas de sacudidas se han utilizado generalmente para el análisis de estructuras civiles, ya que permiten estimar y analizar la respuesta dinámica de un modelo a escala ante un terremoto real. Muchos de estos sistemas se construyen utilizando actuadores lineales que permiten la aplicación de técnicas de control clásicas. Este artículo detalla la implementación de un sistema de control adaptativo de referencia de modelo (MRAC) que utiliza la regla MITC con predictor de Smith en una mesa de sacudidas de dos grados de libertad accionada por un motor trifásico acoplado a un mecanismo de leva y biela. Las características no lineales de este equipo, y el alto grado de incertidumbre y tiempo muerto, requieren el uso de técnicas de control avanzadas. La regla MIT es el enfoque original para el MRAC, y simultáneamente se utiliza un esquema predictor de Smith para compensar los retardos de respuesta del sistema. El sistema de control se implementa en una plataforma Microchip® de 32 bits conectada a un host.

1. INTRODUCCIÓN

Las técnicas de control clásico son ampliamente utilizadas en procesos que tienen un alto grado de linealidad que permiten obtener un modelo matemático capaz de describir la dinámica del sistema. Sin embargo, cuando no existe certeza de los parámetros de la planta y sólo se conocen ciertas características dinámicas del modelo, y estos a su vez varían con el tiempo, se hace necesaria la aplicación de técnicas de control avanzado que no están ligadas directamente al modelo matemático del sistema que se desea controlar [1, 2]. Los resultados de este trabajo de investigación están enfocados en este problema, ya que se requiere de un sistema de control para una mesa vibratoria que es utilizada para la evaluación de estructuras civiles a escala y sistemas de control antisísmicos activos. Cada eje de la mesa está impulsado por un motor de inducción trifásico acoplado a un mecanismo biela-manivela. Las señales de control generadas se aplican a la variante análoga de los variadores de frecuencia que regulan la velocidad de cada motor. Al acoplar todos estos dispositivos y mecanismos que constituyen la mesa, se observa que el comportamiento de esta en todo su rango dinámico no constituye un sistema lineal, lo que lleva a que el modelamiento matemático de la misma sea complejo con alto grado de incertidumbre, además del tiempo muerto propio de la naturaleza mecánica del sistema.

De esta manera, la técnica de control adaptativo se presenta como una buena alternativa para controlar este tipo de sistema, ya que permite aminorar los efectos de las variaciones de los parámetros de la planta; de igual forma, se introduce en el lazo de control un compensador de retardo a partir del predictor Smith que mitiga los efectos del tiempo muerto sobre la respuesta general del proceso.