Orientador: João Maurício Rosário

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Máquinas-ferramenta CNC são dispositivos complexos que executam movimentos automáticos, precisos e consistentes. Com o propósito de aprimorar o desempenho destes dispositivos face às mudanças bruscas de parâmetros agregados a posição, velocidade e aceleração no decurso de determinada...

Resumo: Máquinas-ferramenta CNC são dispositivos complexos que executam movimentos automáticos, precisos e consistentes. Com o propósito de aprimorar o desempenho destes dispositivos face às mudanças bruscas de parâmetros agregados a posição, velocidade e aceleração no decurso de determinada trajetória torna-se imprescindível o estudo de novas arquiteturas de controle. A automação flexível permite que dispositivos robóticos mostrem-se cada vez mais velozes, motivando o desenvolvimento de técnicas que possibilitem de modo eficiente a substituição de controladores clássicos do tipo PID. Este estudo propôs-se a implementar um método alternativo para acionamento de um dispositivo cartesiano CNC de alta precisão com ênfase no desenvolvimento de um ambiente computacional para planejamento de movimentos e síntese de controladores. A geração de movimentos foi realizada por meio de um método de interpolação por splines que garantiu a continuidade e a suavidade dos perfis de trajetória. Para garantir que tais perfis fossem corretamente executados pelo dispositivo cartesiano, dois métodos de controle baseados no modelo do sistema foram implementados de forma a estabelecer comparação entre seus desempenhos. Em seguida, concebeu-se um ambiente de simulação com arquitetura aberta e flexível, o qual permitiu validar as estratégias propostas além de analisar a influência que perturbações externas causavam sobre o comportamento do dispositivo cartesiano. Tendo as estratégias sido validadas, procedeu-se à implementação em dispositivo físico utilizando uma placa FPGA para embarcar os controladores sintetizados. Os resultados mostraram que as estratégias propostas apresentaram bom desempenho quando empregadas junto ao dispositivo cartesiano CNC. Outrossim, o ferramental desenvolvido no estudo é suficientemente genérico para ser estendido a outras aplicações utilizando máquinas-ferramenta CNC

Abstract: CNC machine tools are complex devices that execute automatic, precise and consistent movements. Aiming to improve the performance of these devices due to sudden changes on parameters associated to position, speed and acceleration while performing a given trajectory, it becomes...

Abstract: CNC machine tools are complex devices that execute automatic, precise and consistent movements. Aiming to improve the performance of these devices due to sudden changes on parameters associated to position, speed and acceleration while performing a given trajectory, it becomes indispensable the study of new control architectures. The flexible automation allows faster robotic devices, motivating the development of techniques that efficiently substitute classic PID controllers. This study aimed to implement an alternative method for driving a high-precision CNC cartesian device focusing on the development of a computing environment for movement planning and synthesis of controllers. The movement generation was performed by means of a spline interpolation method that ensured the continuity and smoothness of trajectory profiles. To ensure that these profiles were correctly executed by the cartesian device, two control techniques based on the model of the system were implemented in order to establish comparisons between their performances. Then, a simulation environment with open and flexible architecture was conceived, which allowed the validation of the proposed techniques besides analyzing the influence of external disturbances on the cartesian device behavior. Having the strategies been validated, the implementation in physical device was done using a FPGA board to embed the synthesized controllers. The results showed that the proposed strategies had good performance when applied to the CNC cartesian device. Furthermore, the tools developed in the study are general enough to be extended to other applications using CNC machine tools