Título
Control, estabilización y sincronización de sistemas subactuados
Control stabilization and synchronization of underactuated systems
Autor
Erick Enrique Espinoza Peralta
Colaborador
Jonatan Peña Ramirez (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
sistema sub-actuado, sincronización, método de perturbación, acoplamiento estático, acoplamiento dinámico - (AUTOR) underactuated system, synchronization, perturbation method, static coupling, dynamic coupling - (AUTOR) INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA - (CTI) CIENCIAS TECNOLÓGICAS - (CTI) TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES - (CTI) CONDUCTIVIDAD - (CTI) CONDUCTIVIDAD - (CTI)
Resumen o descripción
Muchos procesos de ingeniería están compuestos por sistemas subactuados, es decir, por unidades en los que el número de actuadores es estrictamente menor que el número de grados de libertad que lo componen. Algunos ejemplos típicos pueden encontrarse en mecanismos, vehículos submarinos, robots, aeronaves de despegue y aterrizaje vertical, por mencionar solo algunos. Un problema relevante en el estudio de mecanismos subactuados consiste en desarrollar controladores y acoplamientos que permitan inducir comportamiento sincronizado o coordinado. La razón es que existen tareas, como por ejemplo ensamblado en líneas de producción o transportación de objetos, que no pueden ser realizadas por un solo mecanismo; sin embargo, dichas tareas pueden realizarse relativamente fácil usando dos o más sistemas coordinados. Por tanto, es de interés investigar y proponer acoplamientos y controladores que permitan inducir comportamiento síncrono, primero en mecanismos subactuados relativamente simples y después buscar como extender dichos desarrollos a sistemas más sofisticados. Esta tesis se centra en el estudio de sincronización en mecanismos subactuados de dos grados de libertad. En particular, se consideran dos tipos de acoplamiento, asaber, acoplamiento estático, en el que la interacción es directa, y acoplamiento dinámico, en elque la interacción se da a través de un sistema dinámico. Después, usando el método de perturbación de Poincaré y el método de perturbación de dos escalas de tiempo, se realiza un estudio riguroso para determinar condiciones analíticas que garanticen la existencia y estabilidad de soluciones periódicas síncronas. La relevancia de los resultados obtenidos, con respecto a resultados reportados en la literatura, es que con los controladores aquí diseñados, los mecanismos se sincronizan a una solución periódica cuya amplitud, frecuencia y fase están completamente determinadas por los parámetros intrínsecos de los sistemas a sincronizar y no por una señal externa de referencia. Además, se muestra que es posible inducir transiciones de sincronización en fase a sincronización en contra fase o viceversa por medio de variar un solo parámetro en el acoplamiento sin la necesidad cambiar la estructura del controlador. Finalmente, el rendimiento de los controladores y acoplamientos propuestos se ilustra por medio de simulaciones numéricas.
Many engineering processes are composed by underactuated systems, that is, by units in which the number of actuators is strictly less than the number of degrees of freedom. This type of systems can be found in mechanisms, robotics, vertical take-off and landing aircrafts, among others. A relevant problem in the study of underactuated mechanisms is how to design controllers and coupling schemes in order to induce synchronized motion. One of the reasons behind this is that some tasks that cannot be carried out by a single unit may be easily achieved by a pair or a group of systems. Therefore, it is important to synthetize controllers and coupling schemes for inducing synchronized behavior. Initially, it seems necessary to consider simple mechanisms and later, to extend the obtained developments to more sophisticated systems. This thesis focuses on the study of synchronization in second order underactuated mechanisms. In particular, two types of coupling are considered namely, static coupling, in which the interaction is direct, and dynamic coupling, where the mechanisms are indirectly connected via a dynamical unit. Then, the coupled systems are analyzed using the Poincaré method and the two-times scale method in order to derive analytic conditions for the existence and stability of periodic synchronous solutions. The novelty in the approach presented here is that the amplitude, frequency, and phase of the synchronous solutions are completely determined by the intrinsic properties of the coupled systems and not by an exogenous reference signal. Furthermore, a transition from in-phase to anti-phase synchronization or vice versa may be achieved by just changing a parameter value in the coupling, without changing the structure of the controller. Finally, the performance of the proposed controllers and coupling schemes is illustrated by means of numerical simulations.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2021
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Espinoza Peralta, E.E. 2021. Control, estabilización y sincronización de sistemas subactuados. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 86 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
Descargas
551