In many motion control applications, e.g. in robot manipulator control, it is required that the tool movement control be such that the speed of motion be as high as possible, to reduce the cycle time, and with the best possible accuracy. Also, it is required to avoid position step responses with overshoots and driving torque transients with sudden oscillations that could deteriorate mechanical parts. These requirements can be reached by the design of a digital nonlinear PID position controller. This thesis presents the design and simulation of a digital position control system based on the proposal of Slobodan N. Vukosavic. The thesis presents in detail the theoretical development of the basis of the digital nonlinear PID controller design. First, the linear-discrete-time PI, PD and PID position controllers are analyzed and their limitations to respond to large step references and to load disturbances are observed. Finally, the design of the nonlinear discrete-time PID position controller is presented. The parameter setting of this controller is based on a criterion function with the aim of achieving the fastest strictly aperiodic response. The structure of the nonlinear PID controller includes an Anti-Wind-Up mechanism. The controllers are simulated using Matlab and Simulink tools. The nonlinear, discrete-time PID position controller is designed for a specific driver and its effectiveness is tested simulating the tracking of predefined trajectories.
En muchas aplicaciones de control de movimiento, por ejemplo en el control de robots manipuladores, se requiere que el control de movimiento de la herramienta sea realizado con la mayor velocidad posible, para reducir los ciclos de trabajo, y con la mayor exactitud posible, evitando sobreimpulsos en la posición y manteniendo los pares de los actuadores sin oscilaciones bruscas que puedan deteriorar las partes mecánicas. Estos requerimientos se pueden lograr mediante el diseño adecuado de un controlador digital PID no lineal. Este trabajo de tesis, presenta el diseño y la simulación de un sistema de control digital de posición basado en la propuesta de Slobodan N. Vukosavic. En la tesis se presenta en detalle el desarrollo teórico en el que se basa el diseño del controlador digital PID no lineal. Se analiza primeramente los casos de controladores digitales PI, PD y PID lineales, observando sus limitaciones en la respuesta a cambios grandes de referencia y a perturbaciones de par. Finalmente se presenta el diseño del controlador PID no lineal en el cual la configuración de sus parámetros se basa en la optimización de una función criterio que plantea la respuesta al escalón más rápida posible sin sobreimpulso. La estructura del controlador PID no lineal incluye un mecanismo Anti-Wind-Up. Todas las propuestas se simulan utilizando las herramientas de Matlab y Simulink. El controlador PID no lineal se diseña para un actuador específico y se prueba su efectividad mediante la simulación del seguimiento de trayectorias predefinidas.
