Modelado y control de estructura flexible accionada por piezoeléctrico para sistema de posicionamiento dual de ultraprecisión

Abstract

Los dispositivos de posicionamientos de ultraprecision son una parte principal de los sistemas de fabricación y manipulación en áreas tales como nanotecnología , microfabricación, entre otras. Una manera efectiva de lograr desplazamientos con resoluciones submicrométricas se consigue mediante sistemas flexibles accionados por piezoeléctricos, los cuales resultan una solución compacta, capaces de generar elevadas velocidades de accionamiento y con una precisión de posicionado teórica ilimitada. A pesar de las ventajas mencionadas, estos sistemas presentan fenómenos vibratorios de alta frecuencia y no linealidades que pueden llegar a degradar significativamente el desempeño del sistema controlado. Adicionalmente, el rango de actuación de estos sistemas resulta limitado a varias decenas de micrómetros, teniéndose que optar por la combinación de algunas etapas de actuación para cumplir con tareas de ultraprecisión que requieran efectuar grandes recorridos con elevada resolución en todo el rango de actuación. ´ En esta tesis se persigue el objetivo de disminuir el error de posición de los ´ mecanismos duales de actuación que involucran sistemas flexibles accionados ´ por piezoeléctricos. Este objetivo se aborda a través del diseño de algoritmos de control, los cuales disponen de un compensador de la dinámica no medible de la histéresis presente en estos sistemas y de un coordinador de movimiento para prevenir la saturación de la etapa fina de actuación. En este trabajo, en primer lugar se presenta un modelo con parámetros concentrados de los sistemas flexibles accionados por piezoeléctricos con amplificación de recorrido. Adicionalmente se detalla un procedimiento metodológico para el relevamiento de los parámetros del modelo considerado. En base a este modelo, se desarrolla un controlador con compensación de la histéresis mediante el diseño de una estrategia de control por modos deslizantes adaptativa, la cual mejora significativamente el desempeño del sistema respecto a otros controladores extraídos de la literatura. Posteriormente, este algoritmo de control con compensación de la histéresis es tenido en cuenta en el desarrollo de una ley de control robusta diseñada para comandar sistemas duales de posicionamiento con disposición tipo tándem, pensada para aplicaciones que requieran efectuar grandes desplazamientos con una elevada precisión de posicionado.