Orientadores: João Mauricio Rosário, Didier Dumur

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Esta tese de doutorado apresenta o estudo do comportamento dinâmico para máquinas-ferramenta CNC (Controle Numérico Computadorizado) com ênfase na implementação do sistema de controle, a fim de melhorar o desempenho desse dispositivo, possibilitando assim a obtenção de maiores velocidades de...

Resumo: Esta tese de doutorado apresenta o estudo do comportamento dinâmico para máquinas-ferramenta CNC (Controle Numérico Computadorizado) com ênfase na implementação do sistema de controle, a fim de melhorar o desempenho desse dispositivo, possibilitando assim a obtenção de maiores velocidades de funcionamento com precisão de operação. O estudo do comportamento dinâmico do sistema foi baseado na modelagem dinâmica do dispositivo CNC, através de um modelo tipo MIMO (Múltiplas Entradas- Múltiplas Saídas), não linear, invariante no tempo, constituído pelo modelo do sistema mecânico, elétrico, eletrônico e controle. O modelo é fundamentado no estudo dos torques estático, dinâmico e de perturbações, incluindo a dinâmica não linear ocorrida pelos efeitos de atrito dos componentes, variação inercial e forças de perturbação. O modelo final é definido mediante a aplicação de uma estratégia proposta de identificação e estimação de parâmetros dinâmicos do dispositivo CNC real. A estratégia é baseada na estimação de parâmetros através de modelos de referência e método de otimização não linear. O sistema de controle proposto é constituído pelos níveis de geração de movimentos, controle e compensação, diagnóstico e otimização. O nível de controle utiliza estratégias de controle PID, controle preditivo generalizado (GPC) e controle preditivo robusto (GPCR). O nível de compensação é configurado pelos controladores em feedforward utilizando modelos de atrito e variação inercial. Finalmente, a validação e testes são realizados inicialmente através da implementação de um simulador virtual de dispositivo CNC, com posterior validação experimental em um dispositivo com arquitetura de supervisão e controle aberto disponível no Laboratório de Automação e Robótica da UNICAMP

Abstract: This doctoral thesis presents the dynamic behavior for CNC (Computer Numerical Control) Machine Tool with emphasis on the control system, for the purpose of improving the machine's performance, by obtaining high operation's velocity with precision. This study was based on the dynamic...

Abstract: This doctoral thesis presents the dynamic behavior for CNC (Computer Numerical Control) Machine Tool with emphasis on the control system, for the purpose of improving the machine's performance, by obtaining high operation's velocity with precision. This study was based on the dynamic modeling by means of MIMO (multiple-input and multiple-output), nonlinear, and invariant time model, constituted by mechanical, electrical, electronics and control models. The model is based on the study of static, dynamic, and perturbation torques, and includes the nonlinear dynamic caused by the effects of friction in the components, inertial variation and perturbation's force. The final model is defined through the application of a strategy proposed by the identification and parameters estimation, in order to obtain the actual CNC machine's values. The strategy is formed by the parameters estimation by means of reference models and nonlinear optimization methods. The control architecture proposed is composed of the following levels: movement generator, control and compensation, diagnosis and optimization. The level of control applies strategies of PID control, generalized predictive control (GPC) and robust predictive control (GPCR). The level of compensation is configured by the feedforward controls, which utilize the friction and inertial variation models. Finally, the validation and tests are developed initially through the implementation of a virtual simulator of CNC machine tool, with the latter experimental validation in device with supervision and open architecture control, available in UNICAMP