Reparto frecuencial de la realimentación en estructuras en cascada: aplicación al control robusto de un servomotor

Abstract

[Resumen] Una de las principales ventajas de las arquitecturas de control en cascada es dotar al sistema de control de una mayor rapidez de respuesta ante perturbaciones en el lazo interno, lo cual puede desembocar en un ancho de banda de control excesivo. La arquitectura de control y el método de diseño que se presentan en este trabajo ponen el foco en usar la cantidad de realimentación estrictamente necesaria en cada frecuencia para garantizar las especificaciones robustas de seguimiento y/o rechazo que se estipulen. Después, es de vital importancia cómo distribuir dicha realimentación entre los lazos, interno y externo. En el presente trabajo se resuelve un problema concreto, el control de la posición de un servomotor donde es también accesible su velocidad. Se ilustra cómo la frecuencia de conmutación entre lazos afecta notablemente a la amplificación de ruidos de medición, lo que puede evitar una posible saturación del actuador. La arquitectura de control emplea dos controladores de realimentación y uno de prealimentación. Los diseños se realizan de acuerdo a la Teoría de Realimentación Cuantitativa (QFT), siendo por tanto robustos. El entorno de trabajo permite incorporar cualquier tipo de especificación y facilita el diseño iterativo de ambos lazos, así como sopesar la complejidad de los controladores y su ancho de banda.

[Abstract] One of the main advantages of cascaded control architectures is to provide the control system with a faster temporal response to disturbances in the inner loop, which can lead to excessive control bandwidth. The control architecture and design methodology presented in this paper focuses on using the amount of feedback that is strictly necessary at each frequency to ensure the specified reference tracking and disturbance rejection. The next critical issue is how to distribute this feedback between the inner and outer loops. The present work solves a specific problem, the position control of a servomotor where its speed is also accessible, and illustrates how the switching frequency between loops significantly affects the amplification of the measurement noise, anticipating a possible saturation of the actuator. The control architecture uses two feedback controllers and one feedforward controller. The designs are based on Quantitative Feedback Theory (QFT) and are therefore robust. The working environment allows the incorporation of any type of control specification, facilitates the iterative design of both loops, and makes it possible to balance the complexity of the controllers and their bandwidth.