Control no Lineal Robusto de una Máquina para Fabricación de Películas Delgadas

Resumen

En este artículo se presenta un esquema de control para una máquina utilizada para fabricación de películas delgadas, con un motor de corriente directa sin escobillas, basada en el método de centrifugación. Se incluye el modelo no lineal del motor sin escobillas, que corresponde a una máquina síncrona trifásica, con los flujos del rotor y las corrientes en el estator, como las dinámicas eléctricas, además de la velocidad en el rotor, como la dinámica mecánica. El objetivo de control es la regulación de la velocidad del rotor. Se utilizó la técnica de control por bloques y así obtener una variedad deslizante. Se eligió la técnica de control por modos deslizantes para garantizar que la variedad elegida sea atractiva y obtener robustez en lazo cerrado. Para completar el esquema de control se incluye un observador para estimar los estados no medibles, en este caso, los flujos del rotor. Se implementó el esquema de control propuesto en la máquina para fabricación de películas delgadas, además de un controlador basado en un PID con ganancias programadas, lo anterior para realizar la comparación de ambas técnicas. El esquema de control por modos deslizantes propuesto presenta ventajas sobre el controlador PID, ya que se obtiene la regulación de la velocidad del rotor, sin error en estado estacionario, considerando variaciones paramétricas.

Abstract

This paper presents a control scheme for a machine used to make thin films, with a brushless direct current motor, based on the spin-coating method. The nonlinear brushless motor model is included, which corresponds to a three-phase synchronous machine, with rotor flux linkages and stator currents, as the electric dynamics, and the rotor speed, as the mechanical dynamics. In order to achieve the speed regulation, the block control technique was used to obtain a sliding manifold. The sliding mode control technique was applied to ensure that the chosen manifold is attractive and to obtain robustness in the closed - loop system. To complete the control scheme, an observer is included to estimate the unmeasurable states, in this case, the rotor flux linkages. The proposed control scheme was implemented in a machine to make thin films, as well as a controller based on a gain scheduling PID, to perform the comparison of both controllers. The proposed sliding mode control scheme shows some advantages over the PID controller, since the rotor speed regulation is obtained, without steady state error, considering parameter variations.

Referencias no citadas

Béjar and Ollero, 2008, Bianchi et al., 2006, Calvini et al., 2015, Dursun and Durdu, 2016, Fardousi et al., 2013, Hossain and Paul, 2014, Khalil, 1996, Krause et al., 2002, Kukolj et al., 1999, Loukianov, 1998, Manikandan, 2015, Matausek et al., 1996, Moriano and Naranjo, 2012, Niño-Suárez et al., 2007, Ortigoza et al., 2016, Phillips et al., 2015, Prieto et al., 2015, Raygosa-Barahona et al., 2015, Sánchez et al., 2016, Sevvanthi et al., 2012, Silva-Ortigoza et al., 2015, Silva-Ortigoza et al., 2008, Tepljakov et al., 2016, Tyona, 2013, Utkin et al., 1999, Xia et al., 2016 and Yao et al., 2014.