Advanced Control of Piezoelectric Actuators.

Abstract

A lo largo de las últimas décadas, la ingeniería de precisión ha tenido un papel importante como tecnología puntera donde la tendencia a la reducción de tamaño de las herramientas industriales ha sido clave. Los procesos industriales comenzaron a demandar precisión en el rango de nanómetros a micrómetros. Pese a que los actuadores convencionales no pueden reducirse lo suficiente ni lograr tal exactitud, los actuadores piezoeléctricos son una tecnología innovadora en este campo y su rendimiento aún está en estudio en la comunidad científica. Los actuadores piezoeléctricos se usan comúnmente en micro y nanomecatrónica para aplicaciones de posicionamiento debido a su alta resolución y fuerza de actuación (pueden llegar a soportar fuerzas de hasta 100 Newtons) en comparación con su tamaño. Todas estas características también se pueden combinar con una actuación rápida y rigidez, según los requisitos de la aplicación. Por lo tanto, con estas características, los actuadores piezoeléctricos pueden ser utilizados en una amplia variedad de aplicaciones industriales. Los efectos negativos, como la fluencia, vibraciones y la histéresis, se estudian comúnmente para mejorar el rendimiento cuando se requiere una alta precisión. Uno de los efectos que más reduce el rendimiento de los PEA es la histéresis. Esto se produce especialmente cuando el actuador está en una aplicación de guiado, por lo que la histéresis puede inducir errores que pueden alcanzar un valor de hasta 22%. Este fenómeno no lineal se puede definir como un efecto generado por la combinación de acciones mecánicas y eléctricas que depende de estados previos. La histéresis se puede reducir principalmente mediante dos estrategias: rediseño de materiales o algoritmos de control tipo feedback. El rediseño de material comprende varias desventajas por lo que el motivo principal de esta tesis está enfocado al diseño de algoritmos de control para reducir la histéresis. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de estrategias de control avanzadas que puedan mejorar la precisión de seguimiento de los actuadores piezoeléctricos comerciales