D. José Félix González Rojo Tutor: D. Ángel Perles Ivars Cotutor: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC Autor: D. José Félix González Rojo Tutor: D. Ángel Perles Ivars Cotutor: D. Miguel Sánchez López DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 1

ANALISIS DE LIMITANTES MODELADO CONTROL IMPLEMENTACIÓN RESULTADOS ÍNDICE ANTECEDENTES OBJETIVOS SOLUCIÓN ADOPTADA ANALISIS DE LIMITANTES MODELADO CONTROL IMPLEMENTACIÓN RESULTADOS CONCLUSIONES DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 2

ANALISIS DE LIMITANTES MODELADO CONTROL IMPLEMENTACIÓN RESULTADOS ANTECEDENTES OBJETIVOS SOLUCIÓN ADOPTADA ANALISIS DE LIMITANTES MODELADO CONTROL IMPLEMENTACIÓN RESULTADOS CONCLUSIONES DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 3

ANTECEDENTES Uso de actuadores en la industria Interés en movimiento lineal Motor CC control más complejo Soluciones existentes Cerradas Alto coste DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 4

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OBJETIVOS “Diseñar e implementar un control en bucle cerrado de un motor de corriente continua para el seguimiento de patrones de movimiento programables para la consecución de desplazamientos controlados en trayectorias punto a punto”. Examinar la viabilidad de implementar un controlador discreto programable en un microcontrolador ARM Cortex-M. Aplicar los conocimientos adquiridos en la carrera mediante la elaboración de un proyecto multidisciplinar. Validar mediante aplicación práctica los resultados del proyecto. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 6

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SOLUCIÓN ADOPTADA Análisis de limitantes Hardware, software, control del tiempo, precio Control Analógico VS Control Discreto Propuesta de sistema de estudio Motor Pittman con encoder y reductora Etapa de potencia L298 Microcontrolador ARM Cortex-M STM32F429-Discovery DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 8

SOLUCIÓN ADOPTADA Implementada plataforma de ensayo Objetivo de validar y demostrar funcionamiento Diseño y producción low cost propias mediante impresión 3D y corte laser Diseño abierto y profesional FreeCAD + SolidWorks DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 9

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SOLUCIÓN ADOPTADA Modelado Matemático Experimental. Respuesta ante escalón DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 11

SOLUCIÓN ADOPTADA Modelado Matemático Experimental. Respuesta ante escalón Experimental. Respuesta ante excitación persistente DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 12

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SOLUCIÓN ADOPTADA Control Espacio de estados. Realimentación del estado Asignación de polos DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 14

SOLUCIÓN ADOPTADA Control Espacio de estados. Realimentación del estado Asignación de polos Tiempo finito   DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 15

SOLUCIÓN ADOPTADA Control Espacio de estados. Realimentación del estado Asignación de polos Tiempo finito Control PID   DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 16

SOLUCIÓN ADOPTADA Control Espacio de estados. Realimentación del estado Asignación de polos Tiempo finito Control PID   DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 17

SOLUCIÓN ADOPTADA Perfiles de movimiento Rampa, trapezoidal, tercer orden, orden Superior, senoidal Evaluados: Rampa Trapezoidal DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 18

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SOLUCIÓN ADOPTADA Implementación en microcontrolador Muestreo Sistema de adquisición Uso de encoder Uso de ADC Generación de PWM Implementación Control DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 20

ANALISIS DE LIMITANTES MODELADO CONTROL IMPLEMENTACIÓN RESULTADOS ANTECEDENTES OBJETIVOS SOLUCIÓN ADOPTADA ANALISIS DE LIMITANTES MODELADO CONTROL IMPLEMENTACIÓN RESULTADOS CONCLUSIONES DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 21

SOLUCIÓN ADOPTADA Resultados ante referencia rampa 22 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 22

SOLUCIÓN ADOPTADA Resultados ante referencia trapezoidal 23 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 23

SOLUCIÓN ADOPTADA Resultados ante referencia de curva en S de tercer orden DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 24

SOLUCIÓN ADOPTADA Resultados ante referencia de tercer orden y perturbaciones DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 25

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CONCLUSIONES Demostrada la viabilidad de implementación en un microcontrolador ARM Cortex-M Resultados validados mediante la consecución de movimientos controlados mediante la implementación del controlador programable propuesto Desarrollo de una referencia y base para futuras mejoras mediante este proyecto multidisciplinar Posibilidad de adaptación a otros sistemas y configuraciones Valoración positiva a nivel personal del trabajo realizado, habiendo afianzado y completado la formación adquirida en el grado DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROLADOR PROGRAMABLE DE PATRONES DE MOVIMIENTO PARA MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA CON APLICACIÓN EN ROBOTS Y MÁQUINAS CNC 27

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