Control adaptativo para disminuir oscilaciones en la carga de un mecanismo tipo grúa torre

Abstract

La oscilación que se presenta en la cuerda de una grúa cuando está transportando una carga, es un fenómeno muy común y perjudicial pues puede presentar diversos problemas como el aumento del tiempo requerido para el transporte de la carga y perdida de precisión del punto final deseado de la carga, además pone en riesgo la seguridad de los operarios que participan del proceso de transporte. Diversas investigaciones han sido desarrolladas con la finalidad de disminuir las amplitudes de oscilación producidas en las grúas durante el transporte de la carga. En ese sentido, el control adaptativo es una metodología que tiene como objetivo principal mantener el desempeño constante de un sistema en presencia de una variación desconocida en algún parámetro de su modelo o ingreso de incertidumbre, razon por la cual es muy atractivo para su aplicación en el control de grúas debido a las características de su comportamiento. Este trabajo comprende la construcción de un mecanismo tipo grúa torre, diseño e implementación de un controlador adaptativo por modelo de referencia (MRAC), con la finalidad de reducir las oscilaciones producidas por la carga, el desempeño del controlador adaptativo fue comparado con un controlador PID y LQR. Los resultados mostraron que los controladores PID y LQR disminuyeron completamente las oscilaciones luego de 20.6 segundos y 7.9 segundos respectivamente, mientras que al controlador MRAC le tomo 4.86 segundos lo que demuestra su superioridad en términos de reducción de oscilación en la carga. Además, en cuanto al posicionamiento del carro, el controlador MRAC no presento sobre impulso mientras que el PID y LQR presentaron 26 % y 0.9 % de sobre impulso, respectivamente.

The oscillation that occurs in crane cable during payload conveying, is a common phenomenon and detrimental since can present several problems such as an increase in time required to convey the payload and precision loss of end point desired of payload, also puts the safety of human operators risk involved in the conveying process. Several researches have been developed in order to reduce oscillation produced in cranes during payload conveying. In that sense, adaptive control is a methodology whose main objective is to maintain the continuous performance of a system in the presence of an unknown variation in some parameter of its model or income uncertainty, for this reason is attractive for the application in crane control due to the characteristics of their behavior. This dissertation includes the construction of a tower crane prototype, design and implementation of a Model Reference Adaptive Controller (MRAC), in order to reduce the oscillations caused by the payload, performance of the designed adaptive controller was compared to the PID and LQR controller. The results of implementation showed that PID and LQR controller decrease oscillations after 20.6 seconds and 7.9 seconds respectively, whereas the MRAC controller decrease oscillations in 4.86 seconds, this demonstrates superiority of proposed controller in terms of decrease oscillation in the payload. In addition, about a trolley positioning, the MRAC controller did not present overshoot whereas the PID and LQR controller presented 26 % and 0.9 % overshoot, respectively.