39 Anessiuore

XXV Jornadas de Automática
Ciudad Real, del 8 al 10 de septiembre de 2004

´ Y CONTROL DE POSICION
´ DE UN
IDENTIFICACION
´ NEUMATICA
´
SISTEMA DE LEVITACION
J.M. Esca˜
no D. Algar´ın-Mu˜
noz
Departamento de Electricidad y Autom´
atica Centro Tecnol´ogico Altair, {jmesca,dalgarin}@e-altair.org
M.G. Ortega
Departamento de Ingenier´ıa de sistemas y Autom´atica, Universidad de Sevilla,mortega@esi.us.es

Resumen

cámara

En este art´ıculo se describe la identificaci´
on y
control de posici´
on de un sistema de levitaci´
on
neum´
atica. El sistema utiliza realimentaci´
on visual para detectar la altura del objeto, la cual
puede ser controlada mediante un compresor de
aire accionado por un variador de velocidad. El
sistema ha sido utilizado como banco de pruebas,
habi´endose implementadodiferentes t´ecnicas de
control, y realizando ensayos tanto de seguimiento
de referencias como de rechazo de perturbaciones.

PC
Ethernet

´
INTRODUCCION

En el presente trabajo se desarrollan diversas estrategias de control avanzado sobre un sistema de
levitaci´on por aire. El principal objetivo es realizar el control en tiempo real de la posici´
on de
un objeto (en este caso una bola) suspendidodentro de un flujo de aire, y atrapada por ´el con cierta
fuerza.
Para desarrollar experimentalmente este estudio,
se ha utilizado un sistema de laboratorio desarrollado en el Laboratorio de Control de Procesos del
Centro Tecnol´
ogico Altair. El sistema est´a formado por un ventilador centr´ıfugo accionado por
un motor de corriente alterna conectado a un variador de velocidad. El variador recibe laconsigna
de velocidad a trav´es de una entrada anal´
ogica
(entre 0 y 10 V ) proporcionada por un aut´
omata
programable de Schneider (modelo Momentum).
´
Este,
a su vez, recibe la medida de la altura de
la bola a trav´es de una red ethernet con protocolo MODBUS sobre TCP-IP, desde un PC con
el software adecuado[1] para analizar im´
agenes
obtenidas mediante una c´
amara. En la figura 1
serepresenta un esquema del sistema.
Existen actualmente prototipos de sistemas de
levitaci´on neum´
atica para el transporte de
alimentos[14]. Las principales ventajas de este
m´etodo es un bajo rozamiento y la manipulaci´on
de objetos sin que ´estos entren en contacto con

PLC

0-10 V

Variador
Velocidad

Motor

Figura 1: Esquema de la aplicaci´
on

Palabras clave: Levitador neum´
atico, control deprocesos, control robusto, control borroso.

1

altura

partes mec´anicas. La levitaci´
on en aire implica
un transporte mucho m´
as r´apido y limpio. Un
control de la posici´
on de los objetos nos permitir´
a
transportar distintos pesos en las diversas aplicaciones.
La organizaci´
on del resto del art´ıculo es la siguiente. En la secci´on 2 se presenta un breve estudio te´
orico que podr´ıa serutilizado para modelar
el sistema. En la secci´on 3 muestra los resultados de la identificaci´
on del sistema mediante funciones de transferencias en distintos puntos de operaci´on. La descripci´
on de la s´ıntesis de diversos
controladores, as´ı como una comparaci´on de los resultados obtenidos, est´
an expuestas en la secci´on
4. Finalmente, las principales conclusiones de este
trabajo se resumen en lasecci´on 5.

2

MODELADO DEL SISTEMA

El comportamiento de este sistema puede explicarse bas´andose en el modelo de un cuerpo que se
desplaza en el seno de un gas. Partiendo de dicho
modelo, se tiene que en los puntos A y B (figura
2) la velocidad del flujo de aire es cero, mientras
que en C y D hay una velocidad mayor que en
zonas alejadas de la bola. Las regiones en las que
el aire se estamoviendo r´
apidamente son de baja
presi´on, y por lo tanto, se produce una diferencia
de presiones entre el centro de la corriente y las
zonas alejadas, donde la velocidad decrece seg´
un
nos alejemos. Cuando la pelota se desplaza de su
posici´
on central, experimenta una presi´
on prove-

niente del aire en reposo que es mayor que la que
se produce debido al aire en movimiento. Esta
diferencia de...