TECNICAS DE MODELADO Y SIMULACION

APLICACIONES EN SISTEMAS MECATRONICOS

Una definición formal de simulación es la del proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a cabo experimentos con dicho modelo con el propósito de comprender el comportamiento del sistema o de evaluar diversas estrategias (dentro de los límites impuestos por un criterio o conjunto de criterios) para la operación del sistema .Nacidos con esta motivación, existen en la actualidad varios proyectos en desarrollo que permiten modelar y simular todo tipo de robots, si bien la mayoría de ellos no permiten realizar ambos procedimientos (modelado y simulación) en el mismo software, y/o están definidos para robots de un fabricante concreto

En la actualidad, la modelización y la simulación es una actividad indispensable cuando nos enfrentamos con el análisis y diseño de sistemas mecatronicos de cierta complejidad. El objetivo es ayudar o dar el soporte necesario al diseñador durante el proceso de diseño, análisis y diagnosis de sistemas ingenieriles.

Entre las aplicaciones de modelado y simulación tenemos:

MODELADO Y SIMULACIÓN DE BRAZOS ROBÓTICOS CON BLENDER Y PYTHON

En el proyecto realizado en la Universidad de Extremadura, Electrónica Industrial., se presenta una interfaz programada en lenguaje Python, que permite manejar por separado

cada una de las articulaciones de las que se componga un brazo robot cualquiera diseñado en el conocido software de diseño gráfico 3D de código abierto con licencia GNU Blender.

Las simulaciones realizadas hacen uso de dos robots articulados: el robot tipo SCARA (Selective Compliant Articulated Robot Arm) mostrado en la Fig. 1, y el robot articulado KUKA, representado en la Fig. 2

Figura 1 robot tipo SCARA (Selective Compliant Articulated Robot Arm)

Figura 2 robot articulado KUKA

Para el modelado de los brazos robóticos se ha utilizado el programa de diseño 3D de código abierto Blender v.2.62. Dicha elección viene motivada por el hecho de ser el software libre de mayor éxito en su área.

La interfaz, se encarga de generar los controladores que permiten manejar cada eslabón del brazo robot de forma independiente, así como de habilitar la edición de los parámetros que regulan el comportamiento de los eslabones del robot. Esta parte de la interfaz ha sido diseñada mediante Tkinter, una adaptación de la biblioteca gráfica Tcl/Tk [10] para Python

Figura 3 Interfaz

MODELADO Y SIMULACIÓN DE UNA PLANTA PILOTODpto. Ingeniería de Sistemas y Automática Escuela Superior de Ingenieros. Universidad de Sevilla

En este trabajo se presenta la creación de un modelo para simular el comportamiento de una planta piloto totalmente automatizada utilizando el lenguaje de modelado y simulación Dymola. Este modelo es utilizado como simulador para realizar pruebas de control de las distintas variables de la planta.

La planta piloto a modelar es una instalación diseñada con componentes industriales y sirve como banco de pruebas para comprobar la eficacia de distintas técnicas de control. Consta de un tanque

cilíndrico que puede ser llenado de agua a través de dos tuberías de abastecimiento, una de ellas con agua fría y la otra con agua caliente, obtenida a partir de un calentador. El tanque posee un respiradero y un desagüe y el caudal que circula por las tuberías de abastecimiento es controlado por unas válvulas automatizadas (válvulas V4 y V5 de la figura 4). El tanque posee una resistencia interna que permite calentar el agua y que puede ser activada o desactivada según convenga. Además la potencia calorífica que aporta la resistencia puede ser controlada indicando el porcentaje de potencia deseado sobre la máxima potencia que puede cede

Figura 4 Esquema completo de la planta en Dymola

El tanque también posee un circuito de recirculación, cuyo caudal es controlado por una válvula automatizada (válvula V8 de la figura 4). El circuito de refrigeración atraviesa un intercambiador de calor que permite variar la temperatura del agua que recircula, con lo que también puede variar la temperatura del agua del tanque. Para abastecer de agua al sistema se ha colocado un depósito de agua con un sistema de refrigeración de tal forma que el agua que contiene pueda mantenerse a una temperatura aproximadamente constante. Finalmente, la planta está equipada con una serie de bombas (no incluidas en la figura 2) para forzar la circulación del agua por las tuberías

Una de las principales ventajas que ofrece el lenguaje de simulación Dymola es la posibilidad de independizar el modelado de cada uno de los elementos del sistema mediante clases, lo cual facilitará el proceso de modelado de la planta. Así pues, el método de modelado se basará en el planteamiento de las ecuaciones físicas que rigen el comportamiento de cada uno de los elementos del sistema y su implementación mediante clases.

Para realizar el ajuste del modelo procederemos a realizar una serie de ensayos reales sobre la planta piloto que permitirán definir cada uno de los parámetros que caracterizan a los elementos.

MODELADO Y SIMULACIÓN DE CON DIAGRAMAS DE BOND GRAPHS

Para el siguiente sistema:

Figura 5 Sistema

Se desea modelarlo y simularlo; para dicho cometido se modelara usando Bond Graphs utilizando para ello el programa 20-sim que también se desenvolverá como simulador. En la figura 2 observamos el diagrama de Bond Graph, que vendría hacer el modelado físico del sistema.

Figura 6 diagrama de bond graph

Una vez terminado el modelado procederemos experimentos sobre el modelo, corriendo una simulación en el mismo programa (sim-20), mandando un estimulo al sistema.

Figura 7 respuesta libre y la respuesta forzada