El Cambio a la Actuación Eléctrica en Maquinaria Pesada

A medida que el mundo avanza hacia una energía más limpia, las máquinas pesadas están cambiando de sistemas hidráulicos a eléctricos totalmente. Este cambio busca reducir la contaminación y mejorar la eficiencia en las máquinas de construcción y silvicultura. Los actuadores eléctricos se están convirtiendo en la elección preferida para tareas pesadas como levantar y mover objetos.

#Beneficios de los Actuadores Lineales Electromecánicos (EMLAs)

Los actuadores lineales electromecánicos (EMLAs) convierten la rotación en movimiento en línea recta. Son más simples que los sistemas hidráulicos, lo que los hace más fáciles de mantener y más seguros de usar. Como los EMLAs tienen menos piezas móviles, hay menos probabilidad de fugas en comparación con los sistemas hidráulicos tradicionales. Además, los motores síncronos de imán permanente (PMSMs) suelen ir acompañados de EMLAs por su alta eficiencia y par motor potente.

#Desafíos en la Actuación Eléctrica

Cambiar a sistemas eléctricos tiene sus desafíos. Un problema son las situaciones no ideales que surgen de diferencias en la fabricación, cambios de temperatura y desgaste mecánico. Estas variaciones pueden afectar el rendimiento. También hay problemas como errores de modelado donde el modelo teórico no coincide con los resultados en la vida real.

Otro problema es la seguridad. Los motores necesitan funcionar dentro de ciertos límites para evitar daños. Esto significa que es crucial monitorear la tensión, corriente y posición mecánica. Encontrar la configuración adecuada para los controles también puede ser complicado. Usar prueba y error puede ser lento y no siempre dar los mejores resultados.

#Técnicas Avanzadas de Control

Para abordar estos desafíos, se ha desarrollado una nueva estrategia de control. Esta estrategia está diseñada para asegurar que los EMLAs puedan operar de forma segura y minimizar errores en el seguimiento del movimiento. El sistema utiliza algoritmos avanzados para ajustarse automáticamente y mantener el rendimiento y la seguridad.

El método de control se basa en un sistema dual que rastrea tanto la posición como la corriente en los motores. Esto asegura que el actuador se mueva suavemente mientras se mantiene dentro de límites seguros.

#Planificación de trayectorias

Uno de los elementos clave en una actuación eléctrica exitosa es planificar el camino de movimiento, conocido como planificación de trayectorias. Al usar funciones matemáticas específicas, podemos crear caminos suaves que reducen cambios repentinos en el movimiento, lo que puede llevar a vibraciones e inestabilidad.

Para los EMLAs, se utiliza un tipo especial de polinomio llamado polinomio quintico. Este tipo de curva asegura que las transiciones entre puntos sean suaves, evitando tirones en el movimiento que podrían causar problemas en aplicaciones prácticas.

#Desarrollo del Marco de Control

El sistema de control desarrollado para los EMLAs emplea varias características para mejorar la seguridad y el rendimiento. Esto incluye configurar un marco que utilice funciones matemáticas para monitorear cómo el actuador sigue el camino definido.

Permite tanto el control de corriente como el control de movimiento. El control de corriente considera cuánta electricidad usa el motor para asegurarse de que genere suficiente potencia sin exceder los límites de seguridad. El control de movimiento se enfoca en seguir con precisión el camino y la velocidad deseados.

#Optimización del rendimiento

Para mejorar aún más el sistema de control, se ha integrado un método de optimización llamado algoritmo Jaya. Este algoritmo ajusta automáticamente la configuración de control para minimizar errores en el seguimiento del camino definido. Hace que todo el proceso de control sea más eficiente y sensible a cambios en las condiciones.

El algoritmo Jaya ha demostrado ser efectivo para encontrar soluciones buenas rápidamente, lo que ayuda a mantener el rendimiento del actuador a medida que cambian las tareas.

#Configuración Experimental y Resultados

Para probar la efectividad de este nuevo marco de control, se llevaron a cabo una serie de experimentos. Las pruebas involucraron un sistema EMLA alimentado por un PMSM que operaba tanto con cargas como sin ellas. Durante las pruebas, el sistema primero rastreó una trayectoria suave predefinida sin carga y luego operó bajo una carga fija de 25 kN.

Los resultados iniciales mostraron que el EMLA pudo seguir la trayectoria de manera precisa y segura. Una vez aplicada la carga, el actuador logró mantener el rendimiento y rastrear con precisión el camino a pesar de la presión adicional.

Los resultados indicaron que los nuevos métodos de control mejoraron significativamente la precisión de seguimiento en comparación con métodos tradicionales, como el control PID.

El uso del algoritmo Jaya permitió una respuesta más rápida a cambios en la carga y el entorno. Además, el EMLA pudo gestionar el par motor de manera efectiva, asegurando estabilidad durante las operaciones.

#Conclusión

La transición de sistemas hidráulicos a actuación eléctrica es un paso vital para lograr maquinaria más amigable con el medio ambiente. Al utilizar actuadores lineales electromecánicos emparejados con motores síncronos de imán permanente, se pueden realizar tareas pesadas con mayor eficiencia y menos necesidades de mantenimiento.

El marco de control avanzado, junto con las técnicas de optimización empleadas, asegura que se cumplan las restricciones de seguridad mientras se rastrean con precisión las trayectorias de movimiento. Las mejoras logradas a través de este método ofrecen resultados prometedores para futuras aplicaciones en varias industrias, haciendo que los sistemas eléctricos sean una opción más robusta para las máquinas pesadas.

En general, el movimiento hacia la actuación eléctrica representa un cambio positivo hacia la sostenibilidad en la maquinaria pesada, haciendo que las operaciones sean más limpias y eficientes mientras se asegura la seguridad y confiabilidad del equipo utilizado en el campo.