Caracterización y desarrollo de control de un actuador hidráulico de doble efecto rotativo

Abstract

This work presents the design of a control card for the operation of a double acting rotary actuator, using programmable electronics and hydraulic system needed to operate the device. The double acting rotary actuator (DARA) is a new actuator without predecessors, whose design is based on a common double-acting cylinder, which connected by a rod system to a rotor, transforms a linear motion in an angular motion. The innovation in the system requires the analysis of its functioning and the characterization of the movements, to develop the control card. This control system is developed based on a hydraulic system compounded of several elements (cylinder, valve, pump, controller, etc.), which together enable the development of this work. The variety of features in elements focused the study in two types of controls: ON / OFF directional valve controller and proportional directional valve controller. For the configuration of the control card (controller), this work evaluates the characteristics of double acting rotary actuator mathematically and in simulation, to know how it operates and its limitations, which are necessary for programming the control system. The hydraulic system is evaluated through its simulation to obtain or dismiss actions in the controller. The development of the control card requires a sensor for the system output, in this case an angular position sensor, which is obtained with a 10-bit resolution Encoder, that allows to know the movement of the rotor for the control system. The programming of the control system is achieved by using microcontrollers ATmel, for each case. The adjustment of the driving signal is achieved with electronic components, their circuit design, simulation and tests of the control card.

Este proyecto presenta el diseño de una tarjeta de control para la operación de un actuador de doble efecto rotativo, utilizando elementos electrónicos programables y el sistema hidráulico necesario para la operación del artefacto. El actuador de doble efecto rotativo (AHDR) es un actuador novedoso sin antecesores, cuyo diseño se basa en un cilindro de doble efecto común, el cual conectado por medio de un sistema de barras a un rotor transforma un movimiento lineal en un movimiento angular. Es la novedad del sistema la que obliga al análisis de su comportamiento así como de su caracterización para el desarrollo de control. Este sistema de control es desarrollado a base de un sistema hidráulico, conformado de varios elementos (cilindro, válvula, bomba, controlador, etc.), que en su conjunto permiten desarrollar este trabajo. La variedad de características en los elementos centra el estudio en dos tipos de controles: controlador de válvula direccional ON/OFF y controlador de válvula direccional proporcional. Para la configuración de la tarjeta de control (controlador) se evalúan las características del actuador de doble efecto rotativo de manera matemática y en simulación, con el fin de conocer su modo de operación y sus limitantes, necesarias para la programación del sistema de control. A su vez, el sistema hidráulico es evaluado por medio de su simulación para obtener y descartar acciones en el controlador. El desarrollo de control requiere de un sensor para la salida del sistema, en este caso una posición angular; la cual se obtiene con un sensor óptico absoluto de 10 bits de resolución, que permite obtener el movimiento del rotor en el sistema a controlar