ES3037136T3 - A movement platform system - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un sistema de plataforma de movimiento sobredeterminado, que comprende una base; una plataforma móvil a lo largo de 6 grados de libertad con respecto a dicha base; al menos ocho actuadores de carrera larga, en donde cada actuador acopla la base con la plataforma y un controlador que (a) está configurado para adaptar un punto de ajuste de movimiento de plataforma demandado a un punto de ajuste de movimiento de plataforma comandado, (b) está configurado para mover los ocho actuadores de carrera larga de manera que se alcance el punto de ajuste de movimiento de plataforma comandado y (c) está configurado para redistribuir dinámicamente las fuerzas ejercidas por los actuadores sobre la plataforma entre los actuadores. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Un sistema de plataforma de movimiento
La invención se refiere a un sistema de plataforma de movimiento, que comprende una base; una plataforma que se puede mover a lo largo de 6 grados de libertad con respecto a dicha base y actuadores de larga carrera que acoplan la base con la plataforma y un controlador que controla el movimiento de la plataforma a través de los actuadores de larga carrera.
Los sistemas de plataforma de movimiento se conocen como tales. Un ejemplo bien conocido es un simulador de vuelo que comprende la denominada plataforma Gough-Stewart como se describe en los documentos US3295224 y US4753596. Tales plataformas se usan ampliamente para la simulación de aeronaves civiles y militares para el entrenamiento de pilotos. Más recientemente, tales plataformas también se usan para usos finales recreativos en las llamadas atracciones en parques temáticos. Las plataformas están provistas de seis actuadores para proporcionar movimientos de 6 grados de libertad. Especialmente para usos finales recreativos se requieren sistemas redundantes. Con sistemas redundantes se entiende aquí que en una situación en la que uno de los actuadores fallaría, es decir, se rompiera, la plataforma y sus pasajeros regresarían de manera segura a una posición segura. Hasta ahora se han desarrollado sistemas redundantes en donde junto a cada uno de los seis actuadores se colocaba un segundo actuador. En caso de que uno de los actuadores falle, el actuador colocado en paralelo podría tomar el control y devolver la plataforma a una posición segura. Una desventaja de un sistema de este tipo es que requiere 12 actuadores en lugar de seis y que el sistema se vuelve muy voluminoso.
El documento US5931739 describe un simulador de conducción a prueba de fallos que tiene tres actuadores y que tiene un circuito a prueba de fallos que está dispuesto para supervisar continuamente la condición del mecanismo actuador y hacer que la plataforma se mueva automáticamente hacia una posición segura en el caso de una condición insegura en el mecanismo actuador. La desventaja de este simulador a prueba de fallos es que, en el caso de un fallo total de uno de los actuadores, es posible que los dos actuadores restantes no puedan devolver la plataforma a la posición segura.
El documento WO2015/168799 divulga una plataforma de Stewart donde los actuadores individuales se reemplazan por un par de actuadores y un elemento móvil adicional. Esto añade una restricción y un grado de libertad al mecanismo. Por lo tanto, el número de grados de libertad de plataforma y adicionales permanece igual. Para cada posición de la plataforma en el espacio de trabajo, la posición del enlace se calcula de manera que las fuerzas en los pares de actuadores se optimicen, por lo que se evitan las singularidades mecánicas.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un simulador de movimiento de 6 grados de libertad redundante que no tenga las desventajas del sistema descrito anteriormente.
Este objetivo se logra con el siguiente simulador de movimiento.
Un sistema de plataforma de movimiento sobredeterminado, que comprende una base; una plataforma que se puede mover a lo largo de 6 grados de libertad con respecto a dicha base; al menos ocho actuadores de larga carrera, en donde cada actuador acopla la base con la plataforma, en donde un sistema sobredeterminado se define por que puede existir una contrafuerza del actuador que deforma la plataforma dependiendo de la orientación de los actuadores con respecto a la plataforma y
un controlador que (a) está configurado para adaptar un punto de consigna del movimiento de plataforma solicitado a un punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado, (b) está configurado para mover los al menos ocho actuadores de larga carrera de manera que se logre el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y (c) está configurado para redistribuir dinámicamente las fuerzas ejercidas por los actuadores en la plataforma entre los actuadores,
en donde el controlador comprende un módulo de guiado configurado para adaptar un punto de consigna del movimiento de plataforma solicitado a un punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado mediante un contramovimiento para la plataforma y configurado para calcular un punto de consigna de contrafuerza, en donde el contramovimiento y el punto de consigna de contrafuerza se derivan de un algoritmo de control predictivo del modelo que usa una estrategia de control de minimización de costes.
Al proporcionar al menos ocho actuadores se obtiene un sistema redundante, incluso teniendo una redundancia de un pliegue y, en algunas situaciones, incluso una redundancia de dos pliegues. Esto debido a que si un actuador fallara, los siete o seis actuadores respectivos restantes aún podrían controlar completamente la plataforma y, opcionalmente, llevar la plataforma a una posición segura. Si dos actuadores fallan, la redundancia dependerá de cómo estén configurados entre sí. Una consecuencia del sistema sobredeterminado es que, dependiendo de la orientación de los actuadores con respecto a la carga útil, existen dos patrones específicos de fuerza de actuador relativa que simplemente deforman la plataforma. Esto se conoce comúnmente como contrafuerza del actuador. El controlador del sistema de plataforma de acuerdo con la invención permite redistribuir dinámicamente las fuerzas entre los actuadores controlando activamente estas contrafuerzas.
Una ventaja adicional de, por ejemplo, un sistema de plataforma con ocho actuadores es que cuando un solo actuador se encontraría con un llamado único actuador que se escapa, los siete actuadores restantes compensarían tal escape y mediarían cualquier resultado negativo. Otras ventajas son que los ocho actuadores están colocados más verticalmente en comparación con el diseño de seis actuadores de la técnica anterior. Esto es ventajoso porque hace que los ocho actuadores sean más efectivos para contrarrestar la gravedad. El mayor número de actuadores da como resultado adicionalmente que pueden aplicarse actuadores menos potentes en el simulador de acuerdo con la invención en comparación con el diseño de seis actuadores de la técnica anterior. Además, el espacio de trabajo del simulador de acuerdo con la invención tiene ocho restricciones en lugar de seis. Como consecuencia, el espacio de trabajo, es decir, el espacio en el que se puede mover el simulador, es más simétrico y compacto. El espacio de trabajo del diseño de la técnica anterior de seis actuadores tiene un volumen del que las partes casi nunca se usan, pero son el peor caso en términos de fuerzas de actuador. Tales partes del espacio de trabajo no existen para el simulador de acuerdo con la invención. Esto significa que, por ejemplo, la potencia del motor y del servomotor de un actuador electromecánico puede ser menor para el simulador de acuerdo con la invención. Es evidente que las ventajas anteriores también son válidas o incluso más válidas cuando están presentes más de ocho actuadores. Adecuadamente, el número de actuadores no superará los 24 por razones prácticas. En la descripción se hace referencia a un sistema de plataforma que tiene ocho actuadores. La divulgación también es válida para sistemas de plataforma que tienen más de ocho actuadores si no se excluyen expresamente.
Adecuadamente, todos los actuadores contribuyen al movimiento de múltiples grados de libertad. Tal sistema también se denomina sistema sinérgico. Un sistema de plataforma sinérgica sobredeterminada de acuerdo con la invención también se puede usar como una solución para lograr desplazamientos angulares más grandes que los que son posibles con los sistemas de movimiento determinado sinérgico de la técnica anterior. Los desplazamientos angulares de determinados sistemas de movimiento sinérgico están limitados por la aparición de singularidades mecánicas donde las fuerzas del actuador requeridas para los movimientos de la plataforma y para contrarrestar la gravedad se vuelven infinitas. En un sistema de plataforma sinérgica sobredeterminada diseñado adecuadamente de acuerdo con la presente invención, estas singularidades mecánicas son canceladas por los actuadores redundantes. Sin embargo, donde un sistema de movimiento sinérgico de la técnica anterior puede tener regiones en el espacio de trabajo donde existen singularidades mecánicas, un sistema de plataforma sinérgica sobredeterminada puede tener regiones en el espacio de trabajo donde la redundancia del mecanismo se reduce localmente. Estas son regiones donde cualquier grupo de 6 actuadores del número total de actuadores ha desarrollado una singularidad mecánica. Sin embargo, los actuadores restantes (redundantes) cancelarán la singularidad. La singularidad mecánica cancelada ha reducido así eficazmente la redundancia en esa región del espacio de trabajo. En estas regiones de singularidad mecánica cancelada, puede requerirse una contrafuerza distinta de cero para minimizar las fuerzas del actuador.
Los sistemas de plataforma hexápodo que tienen altas velocidades de actuador, como, por ejemplo, 1 m/s o más, normalmente estarán provistos de actuadores hidráulicos que tienen una zona de freno relativamente alargada. Se requiere una zona de este tipo en caso de fallo de un solo actuador de este tipo. Estas zonas de freno dan como resultado que la longitud del actuador aumente y, por lo tanto, el tamaño de toda la plataforma. Con el sistema de plataforma de acuerdo con la invención, tales zonas de freno alargadas no son necesarias porque, en caso de fallo de un actuador, los 7 actuadores restantes garantizarán que el actuador defectuoso se mantenga alejado de su zona de extremo, eliminando así la necesidad de una zona de freno alargada.
Por actuadores de larga carrera se entiende aquí cualquier actuador que pueda extenderse más del 10% de su longitud a partir de su posición más comprimida. La longitud inicial se define aquí como la distancia entre los dos puntos de conexión presentes en cada extremo del actuador. Si, por ejemplo, el presente sistema de plataforma de movimiento se usa para usos finales recreativos en las llamadas atracciones en parques temáticos, la longitud que pueden extender los actuadores de larga carrera es adecuadamente más de 10 cm. Los actuadores de larga carrera pueden ser actuadores hidráulicos, actuadores electromecánicos o actuadores electromagnéticos, preferiblemente actuadores electromecánicos.
Las ventajas anteriores se deben en gran medida al hecho de que el sistema de plataforma de acuerdo con la invención es un sistema sobredeterminado. El sistema de plataforma está sobredeterminado porque el número de grados de libertad del sistema, es decir, 6 grados de libertad, es menor que el número de actuadores. Tales sistemas sobredeterminados no se han aplicado antes para un sistema de plataforma de movimiento que tenga al menos ocho actuadores de larga carrera. Especialmente no para un sistema en donde el movimiento de la plataforma se controla en al menos su dominio de posición, y mucho menos en su posición, dominio de velocidad y aceleración. Físicamente, esto conduce a un problema de control indeterminado para los actuadores porque el estado de la plataforma no determina completamente el estado de los actuadores. Debido a que una plataforma individual es rígida, el estado de movimiento de la plataforma, expresado en posición, velocidad y aceleración, determina de manera única la posición, velocidad y aceleración del actuador de todos los actuadores, pero no únicamente su fuerza. El espacio de soluciones contiene infinitas soluciones para la fuerza del actuador que no solo dan como resultado el movimiento de plataforma deseado, sino que también intentan deformar la plataforma. Esta es la contrafuerza a la que se hace referencia.
Los hexápodos que tienen 6 grados de libertad y seis actuadores no están sobredeterminados. Esto se debe a que la plataforma puede moverse libremente en todos sus 6 grados de libertad para todas las combinaciones de movimiento de sus seis actuadores.
El punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y requerido puede ser un punto de consigna de posición de plataforma. Preferiblemente, el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y requerido es un punto de consigna ordenado y requerido para la posición, velocidad y aceleración de la plataforma.
El punto de consigna del movimiento de plataforma requerido puede ser la salida de un programa o anfitrión de simulación de, por ejemplo, la atracción recreativa o de un programa o anfitrión de simulación de vuelo. El punto de consigna del movimiento solicitado puede proporcionarse directamente desde un programa o anfitrión de simulación o puede ser la salida de un filtro de indicación de movimiento. Un filtro de indicación de movimiento de este tipo puede minimizar movimientos que no contribuyen a la experiencia de indicación de movimiento deseada.
El punto de consigna exigido para la posición, velocidad y aceleración de la plataforma también puede ser la salida de un programa que está diseñado para compensar los grandes movimientos de la base del sistema de plataforma de modo que la propia plataforma permanezca en una posición estable. Una base móvil de este tipo es adecuadamente parte de una embarcación que se mueve debido a las olas.
En las aplicaciones mencionadas anteriormente, el punto de consigna exigido no se conoce por adelantado. Esto puede dar como resultado que el punto de consigna ordenado conduciría el sistema de plataforma de movimiento fuera de sus límites operativos y de rendimiento. Dichos límites operativos y de rendimiento predeterminados pueden comprender límites de dominio de la plataforma, límites de dominio del actuador y límites de dominio de la corriente de motor en caso de que el actuador sea un actuador electromecánico o un actuador electromagnético. Cuando se usan actuadores hidráulicos, los límites de rendimiento comprenderían los límites de dominio del sistema hidráulico. Se proporcionan ejemplos de límites operativos y de rendimiento cuando se usan actuadores electromecánicos en la descripción detallada de la fórmula (1) a continuación. Los límites de dominio de la plataforma son límites de excursión. Ejemplos de límites de dominio del actuador son las posiciones extremas del actuador, es decir, posiciones extraídas y comprimidas de un actuador, velocidad máxima del motor, corriente máxima continua o pico del motor o servomotor, energía eléctrica máxima, temperatura máxima del motor. Ejemplos de límites de dominio del actuador hidráulico son el límite de flujo hidráulico continuo y máximo.
El controlador y especialmente la parte (c) del controlador se basa en una linealización local de las ecuaciones de movimiento del sistema de plataforma de movimiento. La estabilidad de este controlador puede ser desfavorable fuera de los límites de rendimiento debido a la no linealidad del sistema fuera de los límites de rendimiento. Además, las fuerzas externas, tales como las fuerzas de amortiguación del actuador, pueden actuar sobre los actuadores que no están modelados o sincronizados incorrectamente. Por estas razones, se prefiere usar un controlador que comprende un módulo de guiado configurado para adaptar un punto de consigna del movimiento de plataforma requerido a un punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado por un contramovimiento y configurado para calcular un punto de consigna de contrafuerza en donde el contramovimiento y el punto de consigna de contrafuerza se derivan de un algoritmo de control predictivo del modelo que usa una estrategia de control de minimización de costes. Preferiblemente, los actuadores de larga carrera son actuadores electromecánicos provistos de un motor configurado para recibir una corriente de motor desde un servomotor y en donde el sistema de plataforma tiene límites de rendimiento predeterminados que comprenden límites de dominio de la plataforma, límites de dominio del actuador y límites de la corriente de motor y en donde el algoritmo de control predictivo del modelo usa una estrategia de control de minimización de costes que está configurada para permitir que la plataforma permanezca dentro de sus límites de rendimiento.
El contramovimiento de la plataforma tiene como objetivo permitir que la plataforma permanezca dentro de sus límites de rendimiento. La generación de un punto de consigna de contrafuerza da como resultado que se equilibre mejor la carga entre los actuadores de tal manera que no se excedan las restricciones de corriente de motor por actuador, o de tal manera que se optimicen las corrientes de motor. El punto de consigna de contrafuerza puede ser cero en la mayoría de las situaciones. El punto de consigna de contrafuerza puede desviarse de cero cuando, por ejemplo, un actuador individual supera una fuerza predeterminada y/o cuando un actuador individual tendría un punto de consigna de fuerza y velocidad cercano a cero predeterminado y definido. Se ha descubierto que cuando un actuador individual tiene una velocidad y un punto de consigna de fuerza cercanos a cero, se puede obtener un sistema inestable que podría dar como resultado vibraciones indeseables. Al permitir una contrafuerza pequeña, pueden evitarse tales vibraciones indeseables.
El módulo de guiado está configurado adecuadamente para adaptar el punto de consigna exigido a un punto de consigna ordenado mediante un movimiento contrario para la plataforma y mediante un punto de consigna de contrafuerza. El movimiento contrario y el punto de consigna de contrafuerza se derivan de un algoritmo de control predictivo del (MPC), que calcula un espacio de trabajo previsto de la plataforma. El algoritmo de control predictivo del modelo puede ser un algoritmo de control predictivo del modelo no restringido o restringido. El algoritmo de control predictivo del modelo usa una estrategia de control de minimización de costes. Adecuadamente, el espacio de trabajo previsto se calcula realizando un único análisis de excursión de DOF para el estado de plataforma previsto como, por ejemplo, se describe con más detalle en el documento US8996179(B2).
El módulo de guiado hace uso de un modelo cinemático del sistema de plataforma de movimiento, y de las ecuaciones inversas de movimiento del sistema de plataforma de movimiento, que es un modelo que se deriva del modelo de la cinemática, masa y rendimiento de la plataforma de movimiento, actuadores y motores. La función de coste asignará costes a una propiedad restringida asociada con los límites de rendimiento anteriormente mencionados. De forma adicional, hay un coste asociado al no seguir el movimiento de plataforma exigido. El contramovimiento, también denominada aceleración de lavado, y el punto de consigna de contrafuerza se calculan usando un controlador óptimo que minimiza esta función de coste. El módulo de guiado está configurado para ejecutarse en cada ciclo computacional del controlador.
El módulo de guiado puede configurarse de diferentes maneras. Se supone que, por ejemplo, el archivo de unidas del sistema anfitrión, está diseñado adecuadamente para optimizar las señales de movimiento tal como se comunican como el punto de consigna del movimiento de plataforma exigido. El módulo de guiado debería interferir lo menos posible para evitar que el usuario experimente una indicación de movimiento diferente de la indicación de movimiento requerida. Por lo tanto, el módulo de guiado está diseñado adecuadamente para rastrear el punto de consigna solicitado lo más cerca posible. Preferiblemente, la estrategia de control de minimización de costes (i) minimiza los errores de seguimiento de la plataforma en posición, velocidad y aceleración, (ii) permanece dentro de los límites de posición y velocidad del actuador, (iii) minimiza las corrientes de motor y/o minimiza la contrafuerza y (iv) protege contra sobrecorriente. Como alternativa, la estrategia de control de minimización de costes (v) minimiza los errores de fuerza específicos, (vi) permanece dentro de los límites de posición y velocidad del actuador, (vii) minimiza las corrientes de motor a expensas de una contrafuerza distinta de cero, por ejemplo, en las regiones de singularidades mecánicas canceladas, y/o (viii) minimizan la contrafuerzas y (ix) protegen contra sobrecorriente.
Adecuadamente, la función de coste para el módulo de guiado para un algoritmo de control predictivo del modelo sin restricciones puede ser como se indica a continuación:
en donde:
JPt es la función de coste para el error de seguimiento de posición de plataforma. Esta función de coste asigna un coste a la diferencia entre el punto de consigna requerido para la posición de la plataforma y el punto de consigna ordenado para la posición de la plataforma.
JVt es la función de coste para el error de seguimiento de la velocidad de la plataforma. Esta función de coste asigna un coste a la diferencia entre el punto de consigna exigido para la velocidad de la plataforma y el punto de consigna ordenado para la velocidad de la plataforma.
JAt es la función de coste para el error de seguimiento de aceleración de plataforma. Esta función de coste asigna un coste a la diferencia entre el punto de consigna exigido para la aceleración de la plataforma y el punto de consigna ordenado para la aceleración de la plataforma.
Jve es la función de coste para el exceso de velocidad de la plataforma en los 6 grados de libertad. La función de coste de exceso de velocidad de plataforma asigna un coste a un exceso de velocidad de plataforma. Puede usarse para definir los límites de velocidad operativa a nivel de plataforma. Como no hay acoplamientos cruzados, se define para cada grado de libertad individualmente como una función escalar.
Jae es la función de coste para el exceso de aceleración de la plataforma en los 6 grados de libertad. La función de coste de exceso de aceleración de plataforma asigna un coste a una aceleración de plataforma que supera un valor límite predeterminado. Puede usarse para reducir los límites de aceleración de la plataforma operativa. Como no hay acoplamientos cruzados, se define para cada grado de libertad individualmente como una función escalar. Jpe es la función de coste para la posición del exceso de ocho actuadores. El objetivo de la función de coste de exceso de posición del actuador es evitar que los actuadores excedan su recorrido de posición. Para permitir que los actuadores frenen suavemente en sus topes finales, la función de coste de posición es adecuadamente una función de la velocidad del actuador.
Jve es la función de coste para el exceso de velocidad de los ocho actuadores. Obsérvese que la velocidad del actuador está restringida por un valor máximo y un perfil de frenado cerca de los topes finales.
Jle es la función de coste para el exceso de corriente de motor de los ocho actuadores. Esta función de coste puede configurarse para lograr una corriente de mínimos cuadrados para todos los motores combinados o para limitar la corriente de motor máxima permitida. La corriente de motor puede expresarse como una función de la aceleración de la plataforma, el valor de contrafuerza y el peso estático de la plataforma.
JFF es una función de coste que asigna un coste a la presencia de una contrafuerza entre los actuadores.
Los factores de peso para las funciones de coste individuales anteriores se establecen cuando se ajusta el controlador.
Para un punto de consigna exigido dado para la posición, velocidad y aceleración de la plataforma, el coste total J puede minimizarse mediante la construcción de una aceleración de lavado:
en donde wo se refiere a la plataforma, x, y, ....^ en el vector se refiere a los seis grados de libertad, y un punto de consigna de contrafuerza:
en donde fip se refiere a la contrafuerza en el plano y fop se refiere a la contrafuerza fuera del plano. La contrafuerza en el plano es la situación en donde ambas diagonales de la plataforma se aprietan juntas por fuerzas en el plano. La contrafuerza fuera del plano es la situación en la que una diagonal de la plataforma se empuja hacia arriba y una diagonal de la plataforma se empuja hacia abajo por fuerzas perpendiculares al plano de la plataforma rectangular.
Para un instante de tiempo At en el futuro un 2do orden de aproximación de Taylor de la función de coste (1).
En la que:
En un tiempo At, el coste se minimiza para:
Lo que significa que la tasa de cambio óptima paraXviene dada por:
Para evitar desviaciones y desviaciones semiestáticas, un bucle de seguimiento forma parte adecuadamente del controlador. El bucle de seguimiento está configurado para ajustar el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado de tal manera que el error de estado estable entre el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y un movimiento de plataforma medido se reduce hacia cero.
Adecuadamente, los actuadores son actuadores electromecánicos provistos de un motor configurado para recibir una corriente de motor desde un servomotor. Para un sistema de plataforma de este tipo, el controlador se compone de un módulo de ley de control que está configurado para (b) mover los ocho actuadores de larga carrera de modo que se logre el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y (c) está configurado para redistribuir dinámicamente las fuerzas ejercida por los actuadores en la plataforma entre los actuadores proporcionando un punto de consigna de velocidad y corriente de motor para cada servomotor individual usando el punto de consigna del movimiento de plataforma y en donde el punto de consigna de corriente de motor se compensa por la diferencia de la fuerza real señal de contrafuerza y el punto de consigna de contrafuerza como se obtiene en el módulo de guiado.
El controlador de un sistema de plataforma provisto de actuadores electromecánicos provistos de un motor configurado para recibir una corriente de motor desde un servomotor está compuesto adecuadamente por el siguiente módulo de ley de control. El módulo de ley de control que está configurado como un controlador de Múltiples Entradas Múltiples Salidas para (b) mover los al menos ocho actuadores de larga carrera de manera que se logre el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y (c) está configurado para redistribuir dinámicamente las fuerzas a medida que se ejercen por los actuadores en la plataforma entre los actuadores por dos trayectorias de avance directo (x) y dos trayectorias de retroalimentación (y). En las dos trayectorias de avance directo (x), el punto de consigna de velocidad para cada servomotor individual se determina usando el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado como entrada y el punto de consigna de la corriente de motor se determina usando el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y el punto de consigna de contrafuerza como entrada. En las dos trayectorias de retroalimentación (y), se reduce el error entre el movimiento real de la plataforma y el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y en donde el punto de consigna de la corriente de motor se adapta de tal manera que la diferencia entre la contrafuerza real y el punto de consigna de contrafuerza se contrarresta. El módulo de ley de control hará uso de un modelo cinemático de la plataforma de movimiento y sus ecuaciones de movimiento invertidas.
En el sistema de plataforma de movimiento anterior, cada actuador electromecánico está provisto adecuadamente de sensores configurados para obtener datos de sensor de velocidad y posición de actuador medidos. El movimiento real de la plataforma en la trayectoria (y), preferiblemente en posición y más preferiblemente en posición, velocidad y aceleración, se reconstruye usando un modelo de cinemática inversa del sistema de plataforma de movimiento en donde la posición del actuador medida y los datos del sensor de velocidad se usan como entrada. Este bucle de seguimiento como parte de (y) está configurado para ajustar el punto de consigna ordenado para la posición de la plataforma de tal manera que el error de estado estable entre el punto de consigna ordenado para el movimiento de la plataforma y el movimiento de la plataforma medido disminuye hacia cero.
La señal de contrafuerza real en (y) entre los ocho actuadores para actuadores electromecánicos se determina utilizando las corrientes de motor reales de los servomotores, la aceleración de los actuadores y la posición de la plataforma como entrada. La contrafuerza real de una plataforma con ocho actuadores y una plataforma que tiene cuatro esquinas y dos diagonales es (i) la contrafuerza de los ocho actuadores en el plano de la plataforma, cuya contrafuerza provoca una deformación en el plano donde ambas diagonales de la plataforma se aprietan entre sí y (ii) la contrafuerza de los ocho actuadores perpendiculares al plano de la plataforma, contrafuerza que provoca deformaciones fuera del plano donde una diagonal de la plataforma se empuja hacia arriba y una diagonal de la plataforma se empuja hacia abajo.
La plataforma y la base del sistema de plataforma pueden tener cualquier forma que sea adecuada para conectar la base a través de los al menos ocho actuadores a la plataforma. En el caso de ocho actuadores, la base y la plataforma pueden ser rectangulares, adecuadamente cuadradas. Otros planos que tienen cuatro esquinas, tal como un trapecio también es concebible.
El actuador de larga carrera es adecuadamente un actuador electromecánico del tipo de actuador de accionamiento directo en línea que comprende un motor montado directamente en el árbol de husillo de bolas del actuador electromecánico. Este tipo se prefiere a un actuador plegado que usa correas o cadenas porque da como resultado un sistema de plataforma que tiene en uso menos ruido de aceleración y ruido audible. El motor es adecuadamente un motor de par. El actuador puede estar provisto de un amortiguador de elastómero para absorber un fallo cuando el actuador está en compresión total. El actuador puede estar provisto de un tubo de aplastamiento para absorber un fallo cuando el actuador está en extensión completa. Adecuadamente, cada actuador está provisto de un sensor para medir la posición y la velocidad del motor que tiene medios de salida conectados al controlador a través del servomotor. Las señales del sensor de posición y velocidad se utilizan para la reconstrucción de la posición del actuador y la plataforma y, preferiblemente, la posición, velocidad y aceleración.
Adecuadamente, las fases de motor del motor de par están conectadas a una resistencia de freno de bobina corta. Una resistencia de freno de bobina corta de este tipo es ventajosa en caso de un fallo de alimentación u otro fallo. En una situación de este tipo, los actuadores tendrán fuerzas de compresión del actuador para cualquier posición estática dentro del espacio de trabajo, lo que dará como resultado que el sistema de plataforma vuelva pasivamente a una posición segura predeterminada en los frenos de bobina corta bajo la acción de la gravedad. No hay necesidad de un sistema activo de retorno al hogar como, por ejemplo, se describe en el documento US5931739. Las fases del motor se conectarán a las resistencias de freno de bobina corta mediante un circuito de freno de bobina corta. En caso de fallo, el actuador electromecánico actúa como un amortiguador en donde la energía cinética y potencial se disipa en las resistencias, lo que hace que el actuador desacelere y se mueva hacia abajo hasta la posición estable con velocidad limitada.
Cada actuador de larga carrera está conectado adecuadamente a la plataforma y a la base por medio de una junta universal que tiene dos grados de libertad de giro. Cada junta puede comprender una carcasa de acero mecanizado y un árbol que se desplaza en dos cojinetes de rodillos cónicos o un cojinete de agujas como parte de la plataforma o base. Preferiblemente, la plataforma y la base están provistas de un cojinete de agujas porque esto permite el mayor diámetro de árbol posible, donde el momento de flexión tiene su valor máximo, mientras se mantienen dimensiones exteriores limitadas del sistema de plataforma. Las unidades de cojinete inferiores como parte de la base pueden "siamizarse" (combinarse) para reducir el espacio entre dos juntas. Se permite una estructura siamizada de este tipo porque el fallo de un cojinete inferior de este tipo no es crítico debido al hecho de que el propio sistema de plataforma tiene una redundancia doble.
La invención también se refiere a un método para controlar un sistema de plataforma de movimiento sobredeterminado que comprende una base; una plataforma que se puede mover a lo largo de 6 grados de libertad con respecto a dicha base; al menos ocho actuadores de larga carrera que acoplan la base con la plataforma realizando una etapa de guiado (a) y una etapa de ley de control (b), en donde
en la etapa de guiado (a) un punto de consigna del movimiento de plataforma solicitado se adapta a un punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado calculando un contramovimiento para la plataforma y calculando un punto de consigna de contrafuerza, en donde el contramovimiento y puntos de consigna de contrafuerza se derivan usando un algoritmo de control predictivo del modelo que usa una estrategia de control de minimización de costes, y
en la etapa (b) de la ley de control, los actuadores de larga carrera se mueven de tal manera que se logra el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado de (a) mientras se redistribuyen dinámicamente las fuerzas ejercidas por los actuadores en la plataforma entre los actuadores de acuerdo con el punto de consigna de contrafuerza obtenido en (a).
El número de actuadores puede ser como se describe para la plataforma. Las realizaciones y explicaciones preferidas mencionadas para la plataforma también son válidas para este método. Algunas realizaciones preferidas se definen a continuación.
Adecuadamente, el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y requerido es un punto de consigna ordenado y requerido para la posición, velocidad y aceleración de la plataforma.
La etapa de ley de control (b) está comprendida adecuadamente por una trayectoria de avance directo (x) y una trayectoria de retroalimentación (y). La trayectoria de avance directo (x) comprende dos trayectorias de avance directo en donde el punto de consigna de velocidad para cada servomotor individual se determina usando el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado o ajustado como entrada y el punto de consigna de la corriente de motor se determina usando el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado u ordenado y ajustado y el punto de consigna de contrafuerza como entrada. La trayectoria de retroalimentación (y) comprende dos trayectorias de retroalimentación en donde el error entre la posición, velocidad y aceleración reales de la plataforma y el punto de consigna del movimiento de la plataforma ordenado o ajustado se reduce, en donde la posición del actuador medida y los datos del sensor de velocidad se usan para reconstruir la posición, velocidad y aceleración reales de la plataforma usando un modelo de cinemática inversa del sistema de plataforma de movimiento, y en donde el punto de consigna de la corriente de motor se adapta de tal manera que se contrarreste la diferencia entre la contrafuerza real y el punto de consigna de contrafuerza.
Adecuadamente, el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y requerido es un punto de consigna ordenado y requerido para la posición de la plataforma y en donde se mide la posición de cada actuador, se calcula una posición de plataforma medida usando las posiciones de actuador medidas como entrada en (y) en un modelo de cinemática hacia atrás y en donde el punto de consigna ordenado para la posición se ajusta para obtener un punto de consigna del movimiento de plataforma ajustado al disminuir el error de estado estable hacia cero entre el punto de consigna ordenado para la posición de la plataforma y la posición de la plataforma medida. Preferiblemente, el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y requerido es un punto de consigna ordenado y requerido para la posición, velocidad y aceleración de la plataforma, y en donde la posición, velocidad y aceleración de cada actuador se mide, se calcula en (y) una posición de plataforma medida usando la posición, velocidad y aceleración de actuador medidas como entrada en un modelo de cinemática hacia atrás y en donde el punto de consigna ordenado para la posición se ajusta para obtener un punto de consigna del movimiento de plataforma ajustado al disminuir el error de estado estable hacia cero entre el punto de consigna ordenado para la posición de la plataforma y la posición de la plataforma medida.
Adecuadamente, los actuadores de larga carrera son actuadores electromecánicos provistos de un motor que recibe una corriente de motor desde un servomotor. El sistema de plataforma tiene límites operativos y de rendimiento predeterminados que comprenden límites de dominio de la plataforma y límites de dominio de actuador, incluidos los límites del motor y del servomotor. El algoritmo de control predictivo del modelo puede usar entonces adecuadamente una estrategia de control de minimización de costes que está configurada para permitir que la plataforma permanezca dentro de sus límites de rendimiento.
Adecuadamente, en la etapa (b) de la ley de control, las fuerzas ejercidas por los actuadores en la plataforma se redistribuyen dinámicamente entre los actuadores proporcionando un punto de consigna de velocidad y corriente de motor para cada servomotor individual usando el punto de consigna del movimiento de plataforma ajustado. El punto de consigna de la corriente de motor se compensa por la diferencia de una señal de contrafuerza real y el punto de consigna de contrafuerza según se obtiene en el módulo de guiado.
Adecuadamente, la etapa (b) de la ley de control está compuesta por una trayectoria de avance directo (x) y una trayectoria de retroalimentación (y) de acuerdo con
(x) dos trayectorias de avance directo en donde el punto de consigna de velocidad para cada servomotor individual se determina usando el comando como entrada y el punto de consigna de la corriente de motor se determina usando el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado o ajustado y el punto de consigna de contrafuerza como entrada y
(y) dos trayectorias de retroalimentación en donde se e reduce el error entre la posición, velocidad y aceleración reales de la plataforma y el punto de consigna de movimiento de la plataforma ordenado o ajustado y en donde el punto de consigna de la corriente de motor se adapta de tal manera que la diferencia entre la contrafuerza real y el punto de consigna de contrafuerza se contrarresta.
La posición, la velocidad y la aceleración reales de la plataforma pueden reconstruirse usando un modelo de cinemática hacia atrás del sistema de plataforma de movimiento y datos de sensor de velocidad y posición de actuador medidos como entrada. La contrafuerza real entre los actuadores puede determinarse utilizando las corrientes de motor reales de los ocho servomotores, la aceleración real de los ocho actuadores y la posición de la plataforma como entrada. Para una plataforma que tiene ocho actuadores y una plataforma que tiene cuatro esquinas y dos diagonales, la contrafuerza se define como (i) la contrafuerza de los ocho actuadores en el plano de la plataforma, cuya contrafuerza provoca una deformación en el plano donde ambas diagonales de la plataforma se aprietan entre sí y (ii) como la contrafuerza de los ocho actuadores perpendiculares al plano de la plataforma, contrafuerza que provoca deformaciones fuera del plano donde una diagonal de la plataforma se empuja hacia arriba y una diagonal de la plataforma se empuja hacia abajo.
La invención se ilustrará mediante las siguientes figuras no limitantes.
La Figura 1 muestra un sistema de plataforma de movimiento (1), que comprende una base rectangular (2); una plataforma rectangular (3) que se puede mover a lo largo de 6 grados de libertad con respecto a dicha base (2), ocho actuadores de larga carrera (4). Los ocho actuadores (4) acoplan directamente la base (2) con la plataforma (3). La base tiene cuatro esquinas (5), en donde en cada esquina los extremos inferiores de dos actuadores (4) están conectados por pares a dicha base (4). La plataforma tiene cuatro esquinas (6), en donde en cada esquina los extremos superiores de dos actuadores (4) están conectados por pares a la plataforma (3). Los actuadores (4) están conectados a dicha base (4) y plataforma (3) a través de una junta universal (7) que tiene dos grados de libertad de rotación. La junta universal (7) tiene un alojamiento de acero mecanizado (8) vinculado en un extremo al extremo del actuador y en su otro extremo conectado de manera giratoria a un cojinete de agujas (9). Los cojinetes de agujas (9) ubicados a la misma elevación que las esquinas (6) de la plataforma a cada lado de la esquina (6) y apuntando lejos de dicha plataforma (3). Al conectar los cojinetes de agujas directamente a la misma elevación de la esquina (6) de la plataforma en el mismo plano que la plataforma (3), se obtiene un sistema de plataforma (1) que tiene un bajo centro de gravedad. Un bajo centro de gravedad reducirá las fuerzas ejercidas sobre el sistema de plataforma, bajará el consumo de energía y permitirá hacer uso de actuadores menos potentes. Además, el punto de vista del usuario colocado, durante el uso, en la parte superior de la plataforma, por ejemplo, en una cabina térmica o similar, se bajará en relación con el denominado centroide de plataforma de movimiento (MPC). Esto dará como resultado una indicación de movimiento mejorada, es decir, menos aceleración parásita, porque se reduce la distancia vertical entre el MPC y el punto de vista del usuario. El MPC es el centro geométrico del octágono formado por los 8 centros de unión. Finalmente, debido a que la altura de todo el sistema de plataforma y la posible cabina u otra estructura colocada en la parte superior del sistema de plataforma se puede bajar, es posible colocar el sistema de plataforma en un edificio con un techo más bajo.
Los cojinetes de agujas (9) de un par de juntas universales (7) en las esquinas (5) de la base (2) están siamizados o combinados en un alojamiento (10) de manera que se minimiza la distancia entre dichos cojinetes de agujas.
La Figura 2 muestra la plataforma (3) desde arriba. Los círculos con un punto y los círculos con una cruz representan las respectivas fuerzas hacia abajo y hacia arriba ejercidas por los ocho actuadores en las esquinas (6) de la plataforma (3) perpendiculares al plano de la plataforma rectangular (3). Estas fuerzas provocan una contrafuerzas que provoca deformaciones fuera del plano donde una diagonal (22) de la plataforma (3) se empuja hacia arriba y una diagonal (21) de la plataforma (3) se empuja hacia abajo.
La Figura 3 muestra la plataforma (3) desde arriba. Las flechas representan una fuerza ejercida por los ocho actuadores en el plano de la plataforma (3) en las esquinas (6) de la plataforma (3) que da como resultado una contrafuerza en donde se producirá una deformación en el plano donde ambas diagonales (20, 21) de la plataforma (3) se aprietan entre sí.
La Figura 4 ilustra cómo el controlador de un sistema de plataforma de acuerdo con la Figura 1, o controlador basado en el modelo octópodo, se comunica con los ocho servomotores, cada uno conectado individualmente a ocho actuadores electromecánicos de larga carrera. Un ordenador anfitrión genera un punto de consigna del movimiento de plataforma requerido en la posición, velocidad y aceleración de la plataforma. Este punto de consigna puede ajustarse mediante un filtro de indicación de movimiento opcional para obtener un punto de consigna filtrado (no mostrado). El controlador se divide en dos elementos, en concreto, la Ley de Orientación de octópodo y la Ley de Control de octópodo. La Ley de Orientación de octópodo acepta el punto de consigna del movimiento de la plataforma exigido en la posición, velocidad y aceleración de la plataforma desde un ordenador anfitrión externo. El punto de consigna exigido se transforma en un punto de consigna ordenado para la velocidad de posición y la aceleración de la plataforma y un punto de consigna de contrafuerza para los motores eléctricos de los actuadores electromecánicos. La Ley de Orientación está diseñada de tal manera que no se superan los límites operativos o físicos cuando la plataforma se mueve de acuerdo con estos puntos de consigna. La Ley de Orientación se describirá adicionalmente haciendo uso de la Figura 5.
El objetivo de la Ley de Control de octópodo en la Figura 4 es mover la plataforma de movimiento de acuerdo con el punto de consigna ordenado según lo ordenado por la Ley de Orientación. El sistema de plataforma de la figura 1 se puede caracterizar como un canal múltiple (es decir, múltiples grados de libertad), sistema sobredeterminado (más actuadores que grados de libertad) que están altamente acoplados transversalmente. La Ley de Control (CL) está diseñada como un controlador de Múltiples Entradas Múltiples Salidas con trayectorias de avance directo y de retroalimentación que está diseñado para desacoplar los acoplamientos cruzados entre los grados de libertad y manejar los problemas de contrafuerza que se originan por tener más actuadores que grados de libertad. La Ley de Control y su comunicación con los servomotores se describirán adicionalmente haciendo uso de la Figura 6.
La Figura 5 muestra la Ley de Orientación de la Figura 4 con mayor detalle. La entrada a la Ley de Orientación es un punto de consigna del movimiento de plataforma requerido en la posición, velocidad y aceleración (PVA) de la plataforma. Hay dos salidas: el punto de consigna de posición, velocidad y aceleración ordenado para la plataforma y el punto de consigna de contrafuerza. La Ley de Orientación está diseñada de tal manera que la combinación del punto de consigna de PVA ordenado para la plataforma y la contrafuerza del actuador son tales que la PVA de la plataforma requerida se rastrea de manera óptima mientras se respetan los límites físicos y operativos del hardware del sistema de plataforma de movimiento. El elemento central de la Ley de Orientación es un algoritmo de Control Predictivo Modelo (MPC). MPC se basa en una optimización de horizonte iterativo, finito del estado del sistema de plataforma de movimiento usando una estrategia de minimización de costes. En el método, los costes se asignan a las desviaciones de variables controladas de sistema específicas con respecto a una referencia deseada. El método usa un modelo dinámico del sistema para calcular la acción óptima que minimiza los costes mientras se respetan los límites específicos del sistema. El algoritmo de MPC puede configurarse como un formato no restringido o restringido.
La Figura 5 muestra que la PVA de la plataforma ordenada se proyecta a una instancia de tiempo pequeño DT en el futuro. Esto da como resultado la PVA de la plataforma prevista que es una entrada directa para el controlador de MPC. Hay dos entradas adicionales al controlador de MPC que también dependen de la PVA de la plataforma prevista. Estos son: la PVA de actuador prevista que se calcula usando un modelo cinemático a partir de la PVA de la plataforma prevista y las corrientes de motor previstas que se calculan a partir de la PVA ordenada usando las ecuaciones de movimiento invertidas de la plataforma de movimiento. Usando estas entradas, se usa una estrategia de minimización de costes para encontrar la adaptación óptima de la PVA de plataforma requerida y, por lo tanto, la PVA de la plataforma ordenada, en combinación con un punto de consigna de contrafuerza. Los parámetros son objetivos de control, los límites físicos y los límites operativos (de uso) de la plataforma de movimiento.
La Figura 6 muestra la Ley de Control de octópodo de la Figura 4 con mayor detalle. La Ley de Control es un controlador de Múltiples Entradas Múltiples Salidas con una trayectoria de avance directo y una trayectoria de retroalimentación. En las trayectorias de avance directo, se usa un modelo cinemático del octópodo (el sistema de plataforma de movimiento) para transformar la PVA de plataforma ordenada en ocho señales de punto de consigna de PVA de actuador ordenadas. Estas se pasan a los servomotores como entradas. Las ecuaciones de movimiento invertidas de la plataforma de movimiento se usan para transformar la PVA de plataforma ordenada en un punto de consigna de corriente de motor para cada actuador. Para cada instancia en el tiempo, las corrientes de motorImse pueden expresar en términos de la aceleración de la plataforma ordenadaAc,la carga gravitacionalWgy el punto de consigna de contrafuerza de la siguiente manera:
donde:
• Imes un vector de tamaño 8 que contiene la corriente de motor
•Ac es unvector de tamaño 6 que contiene la aceleración de plataforma ordenada en 6 grados de libertad
•K1 es unamatriz (8x6) que convierte la aceleración de la plataforma en corriente de motor
•Wges un vector de tamaño 6 que contiene la carga gravitacional para la posición de plataforma ordenada actual •K2es una matriz de 8x6 que convierte la carga gravitacional en corrientes de motor.
•FFes un vector de tamaño 2 que contiene los puntos de consigna de contrafuerza en el plano y fuera del plano • K3 es una matriz (8x2) que convierte el punto de consigna de contrafuerza en corriente de motor
Las trayectorias de retroalimentación son una retroalimentación del error de contrafuerza y una retroalimentación del error de velocidad de posición y aceleración de la plataforma. La retroalimentación del error de contrafuerza, en donde el punto de consigna de la corriente de motor está adaptado de tal manera que la diferencia entre el punto de consigna de contrafuerza y la contrafuerza medida para deformaciones en el plano y fuera del plano, se contrarresta. Para cualquier instancia de tiempo, la contrafuerza medidaFF_sensorque causa deformaciones en el plano y fuera del plano se puede calcular de la siguiente manera:
en la que:
•FF_sensores un vector de tamaño 2 que contiene las contrafuerzas medidas que provocan las deformaciones en el plano y fuera del plano,
•K5es una matriz de 6x2 con la que se multiplica la aceleración ordenada por la plataforma
•Im_sensores un vector de tamaño 8 con las corrientes de motor medidas
•K6es una matriz de 8x2 con la que se multiplican las corrientes de motor medidas
FF_sensorse convierte en un error de corriente de motor para cada actuador usando la siguiente ecuación:
En la que:
•Im_error es un vector de tamaño 8 con los 8 errores de corriente de motor
• FFes un vector de tamaño 2 con el punto de consigna de contrafuerza.
•K4 es una matriz de 8x2 que convierte la diferencia entre la contrafuerza de punto de consigna y la contrafuerza medida en error de corriente de motor.
La retroalimentación del error de velocidad de posición y aceleración de la plataforma usa la posición del actuador medida y los datos del sensor de velocidad para reconstruir la PVA de la plataforma medida usando un modelo de cinemática inversa de la plataforma de movimiento. Un controlador de bucle de seguimiento antideriva usa el error entre la PVA de la plataforma ordenada y la PVA de la plataforma medida, para ajustar lentamente la PVA de la plataforma ordenada de manera que el error se reduzca como se muestra en la Figura 6.
Claims (13)
1. Un sistema de plataforma de movimiento sobredeterminado (1), que comprende una base (2); una plataforma (3) que se puede mover a lo largo de 6 grados de libertad con respecto a dicha base (2); al menos ocho actuadores de larga carrera (4), en donde cada actuador (4) acopla la base (2) con la plataforma (3), en donde un sistema sobredeterminado se define por que puede existir una contrafuerza del actuador que deforma la plataforma (3) dependiendo de la orientación de los actuadores (4) con respecto a la plataforma (3) y
un controlador que (a) está configurado para adaptar un punto de consigna del movimiento de plataforma solicitado a un punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado, (b) está configurado para mover los al menos ocho actuadores de larga carrera (4) de manera que se logre el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y (c) está configurado para redistribuir dinámicamente las fuerzas ejercidas por los actuadores (4) en la plataforma (3) entre los actuadores (4),
en donde el controlador comprende un módulo de guiado configurado para adaptar un punto de consigna del movimiento de plataforma solicitado a un punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado mediante un contramovimiento para la plataforma y configurado para calcular un punto de consigna de contrafuerza, en donde el contramovimiento y el punto de consigna de contrafuerza se derivan de un algoritmo de control predictivo del modelo que usa una estrategia de control de minimización de costes.
2. Un sistema de plataforma de movimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde los actuadores de larga carrera (4) son actuadores hidráulicos, actuadores electromecánicos o actuadores electromagnéticos.
3. Un sistema de plataforma de movimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y requerido es un punto de consigna ordenado y requerido para la posición, velocidad y aceleración de la plataforma.
4. Un sistema de plataforma de movimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde los actuadores de larga carrera (4) son actuadores electromecánicos provistos de un motor configurado para recibir una corriente de motor desde un servomotor y en donde el sistema de plataforma (1) tiene límites operativos y de rendimiento predeterminados que comprenden límites de dominio de la plataforma y límites de dominio del actuador, en donde el algoritmo de control predictivo del modelo usa una estrategia de control de minimización de costes que está configurada para permitir que la plataforma permanezca dentro de sus límites operativos y de rendimiento predeterminados.
5. Un sistema de plataforma de movimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el controlador se compone de un módulo de ley de control que está configurado para (b) mover los al menos ocho actuadores de larga carrera (4) de modo que se logre el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y (c) está configurado para redistribuir dinámicamente las fuerzas ejercida por los actuadores (4) en la plataforma (3) entre los actuadores (4) proporcionando un punto de consigna de velocidad y corriente de motor para cada servomotor individual usando el punto de consigna del movimiento de plataforma y en donde el punto de consigna de corriente de motor se compensa por la diferencia de la fuerza real señal de contrafuerza y el punto de consigna de contrafuerza como se obtiene en el módulo de guiado, y en donde el módulo de ley de control está configurado como un controlador de Múltiples Entradas y Múltiples Salidas (MIMO) mediante dos trayectorias de avance directo (x) y dos trayectorias de retroalimentación (y):
(x) dos trayectorias de avance directo en donde el punto de consigna de velocidad para cada servomotor individual se determina usando el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado como entrada y el punto de consigna de la corriente de motor se determina usando el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y el punto de consigna de contrafuerza como entrada y
(y) dos trayectorias de retroalimentación en donde se reduce el error entre el movimiento real de la plataforma y el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y en donde el punto de consigna de la corriente de motor se adapta de tal manera que la diferencia entre la contrafuerza real y el punto de consigna de contrafuerza se contrarresta.
6. Un simulador de movimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en donde cada actuador (4) está provisto de sensores configurados para obtener datos medidos del sensor de velocidad y posición del actuador y en donde el movimiento real de la plataforma es la posición, velocidad y aceleración reales de la plataforma cuya posición, velocidad y aceleración reales se reconstruyen usando un modelo de cinemática inversa del sistema de plataforma de movimiento y los datos medidos del sensor de posición y velocidad del actuador como entrada.
7. Un sistema de plataforma de movimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en donde el sistema de plataforma (1) tiene ocho actuadores (4) y una plataforma (3) que tiene cuatro esquinas y dos diagonales y en donde la señal de contrafuerza real entre los ocho actuadores (4) se determina utilizando las corrientes de motor reales de los ocho servomotores, la aceleración real de los ocho actuadores y la posición de la plataforma como entrada para calcular (i) la contrafuerza de los ocho actuadores (4) en el plano de la plataforma, cuya contrafuerza provoca una deformación en el plano donde ambas diagonales de la plataforma se aprietan entre sí y (ii) como la contrafuerza de los ocho actuadores perpendiculares al plano de la plataforma, contrafuerza que provoca deformaciones fuera del plano donde una diagonal (22) de la plataforma (3) es empujada hacia arriba y una diagonal (21) de la plataforma (3) es empujada hacia abajo.
8. Método para controlar un sistema de plataforma de movimiento sobredeterminado (1) que comprende una base (2); una plataforma (3) que se puede mover a lo largo de 6 grados de libertad con respecto a dicha base (2); al menos ocho actuadores de larga carrera (4) que acoplan la base (2) con la plataforma (3) realizando una etapa de guiado (a) y una etapa de ley de control (b), en donde
un sistema sobredeterminado se define por que puede existir una contrafuerza del actuador que deforma la plataforma (3) dependiendo de la orientación de los actuadores (4) con respecto a la plataforma (3),
en donde
en la etapa de guiado (a) un punto de consigna del movimiento de plataforma solicitado se adapta a un punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado calculando un contramovimiento para la plataforma y calculando un punto de consigna de contrafuerza, en donde el contramovimiento y los puntos de consigna de contrafuerza se derivan usando un algoritmo de control predictivo del modelo que usa una estrategia de control de minimización de costes, y
en la etapa (b) de la ley de control, los actuadores de larga carrera (4) se mueven de tal manera que se logra el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado de (a) mientras se redistribuyen dinámicamente las fuerzas ejercidas por los actuadores (4) en la plataforma (3) entre los actuadores (4) de acuerdo con el punto de consigna de contrafuerza obtenido en (a).
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado y requerido es un punto de consigna ordenado y requerido para la posición, velocidad y aceleración de la plataforma.
10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8-9, en donde los actuadores de larga carrera (4) son actuadores electromecánicos provistos de un motor que recibe una corriente de motor desde un servomotor y en donde el sistema de plataforma (1) tiene límites operativos y de rendimiento predeterminados que comprenden límites de dominio de la plataforma y límites de dominio del actuador, incluyendo límites de motor y de servomotor, y en donde el algoritmo de control predictivo del modelo usa una estrategia de control de minimización de costes que está configurada para permitir que la plataforma (3) permanezca dentro de sus límites de rendimiento.
11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la etapa de ley de control (b) está compuesta por una trayectoria de avance directo (x) y una trayectoria de retroalimentación (y) de acuerdo con
(x) dos trayectorias de avance directo en donde el punto de consigna de velocidad para cada servomotor individual se determina usando el comando como entrada y el punto de consigna de la corriente de motor se determina usando el punto de consigna del movimiento de plataforma ordenado o ajustado y el punto de consigna de contrafuerza como entrada y
(y) dos trayectorias de retroalimentación en donde se e reduce el error entre la posición, velocidad y aceleración reales de la plataforma y el punto de consigna de movimiento de la plataforma ordenado o ajustado y en donde el punto de consigna de la corriente de motor se adapta de tal manera que la diferencia entre la contrafuerza real y el punto de consigna de contrafuerza se contrarresta.
12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la posición, la velocidad y la aceleración reales de la plataforma se reconstruyen usando un modelo de cinemática hacia atrás del sistema de plataforma de movimiento y datos de sensor de velocidad y posición de actuador medidos como entrada.
13. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11-12, en donde la contrafuerza real entre los ocho actuadores (4) de un sistema de plataforma de movimiento (1) que tiene ocho actuadores (4) y una plataforma (3) que tiene cuatro esquinas y dos diagonales se determina usando las corrientes de motor reales de los ocho servomotores unidades, la aceleración real de los ocho actuadores y la posición de la plataforma como entrada para calcular (i) la contrafuerza de los ocho actuadores (4) en el plano de la plataforma (3), cuya contrafuerza provoca una deformación en el plano donde ambas diagonales de la plataforma (3) se aprietan entre sí y (ii) como la contrafuerza de los ocho actuadores (4) perpendiculares al plano de la plataforma, contrafuerza que provoca deformaciones fuera del plano donde una diagonal (22) de la plataforma (3) es empujada hacia arriba y una diagonal (21) de la plataforma (3) es empujada hacia abajo.
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