Como proveedor electrohidráulico, he sido testigo de primera mano de la creciente demanda de sistemas de control electrohidráulicos en cascada eficientes y confiables. En este blog, profundizaré en cómo funciona el control en cascada electrohidráulico, su importancia y cómo beneficia a diversas industrias.

Comprensión de los sistemas electrohidráulicos

Antes de explorar el control en cascada, comprendamos brevemente los sistemas electrohidráulicos. Estos sistemas combinan tecnologías eléctricas e hidráulicas. Las señales eléctricas se utilizan para controlar actuadores hidráulicos, que pueden generar fuerzas elevadas y movimientos precisos. Los componentes básicos de un sistema electrohidráulico incluyen una unidad de control eléctrico, bombas hidráulicas, válvulas y actuadores.

La unidad de control eléctrico envía señales basadas en la salida deseada. Estas señales luego se traducen en acciones hidráulicas. Por ejemplo, una válvula solenoide puede controlarse eléctricamente para regular el flujo de fluido hidráulico, que a su vez mueve un cilindro hidráulico. Esta combinación de precisión eléctrica y potencia hidráulica hace que los sistemas electrohidráulicos sean adecuados para una amplia gama de aplicaciones, desde maquinaria industrial hasta sistemas aeroespaciales y automotrices.

¿Qué es el control en cascada?

El control en cascada es una estrategia de control que utiliza dos o más bucles de control para mejorar el rendimiento de un sistema. En un sistema de control de bucle único, el controlador compara directamente el punto de ajuste con la variable del proceso y ajusta la salida de control en consecuencia. Sin embargo, en el control en cascada, hay al menos dos bucles: un bucle primario y un bucle secundario.

El bucle primario se centra en la variable de proceso principal que queremos controlar. Por ejemplo, en un sistema electrohidráulico utilizado para un brazo robótico, el bucle primario podría controlar la posición del brazo. El bucle secundario, por otro lado, controla una variable intermedia que afecta la variable del proceso primario. En el ejemplo del brazo robótico, el circuito secundario podría controlar la presión del fluido hidráulico que impulsa el movimiento del brazo.

Cómo funciona el control de cascada electrohidráulico

Generación y transmisión de señales

El proceso comienza con la generación de un punto de ajuste en el circuito de control primario. Este punto de ajuste representa el valor deseado de la variable principal del proceso. Por ejemplo, si estamos controlando la velocidad de un motor hidráulico en un sistema transportador industrial, el punto de ajuste será la velocidad deseada.

El controlador primario, que suele ser un controlador proporcional, integral y derivativo (PID), compara el punto de ajuste con el valor real de la variable principal del proceso. A partir de esta comparación, calcula una señal de error. Esta señal de error luego se envía al controlador secundario como un nuevo punto de ajuste.

Control de bucle secundario

El controlador secundario recibe el punto de ajuste del controlador primario y lo compara con el valor real de la variable intermedia. En nuestro ejemplo de sistema transportador, la variable intermedia podría ser el caudal del fluido hidráulico. Luego, el controlador secundario ajusta la salida de control para minimizar el error entre el punto de ajuste y el valor real de la variable intermedia.

La salida de control del controlador secundario se utiliza para manipular un elemento de control final, como una válvula proporcional en el sistema electrohidráulico. La válvula proporcional regula el flujo o presión del fluido hidráulico, lo que a su vez afecta la variable principal del proceso.

Comentarios y ajuste

Tanto el circuito primario como el secundario tienen mecanismos de retroalimentación. El bucle primario monitorea continuamente la variable del proceso principal y envía la retroalimentación al controlador primario. El bucle secundario monitorea la variable intermedia y proporciona retroalimentación al controlador secundario.

Si hay alguna perturbación en el sistema, como un cambio repentino de carga o temperatura, el sistema de control en cascada puede responder rápidamente. El circuito secundario puede reaccionar más rápido a estas perturbaciones porque está más cerca de la fuente del cambio. Por ejemplo, si hay un aumento repentino en la carga en el sistema transportador, el circuito secundario puede ajustar el caudal del fluido hidráulico inmediatamente, mientras que el circuito primario ajusta el control de velocidad general para compensar el cambio.

Ventajas del control en cascada electrohidráulico

Rechazo de perturbaciones mejorado

Una de las principales ventajas del control en cascada es su capacidad para rechazar perturbaciones de forma más eficaz. Dado que el circuito secundario puede responder rápidamente a las perturbaciones locales, puede evitar que estas perturbaciones afecten significativamente a la variable principal del proceso. Por ejemplo, en una prensa hidráulica, si hay un cambio repentino en la fricción entre el ariete y la matriz, el circuito secundario puede ajustar la presión del fluido hidráulico para mantener la fuerza deseada en el circuito primario.

Estabilidad mejorada

El control en cascada puede mejorar la estabilidad del sistema electrohidráulico. Al utilizar dos bucles de control, el sistema puede manejar mejor las no linealidades y los retrasos. El circuito secundario puede compensar el comportamiento no lineal de los componentes hidráulicos, como la relación no lineal entre la apertura de la válvula y el caudal de fluido. Esto ayuda a mantener la variable principal del proceso dentro del rango deseado de manera más consistente.

Mayor precisión

En aplicaciones donde se requiere alta precisión, como en actuadores aeroespaciales o equipos médicos, el control en cascada electrohidráulico puede proporcionar un control más preciso. La estructura de dos bucles permite ajustes más finos, lo que resulta en un control más preciso de la variable principal del proceso.

Aplicaciones del control de cascada electrohidráulico

Automatización Industrial

En la automatización industrial, el control en cascada electrohidráulico se utiliza ampliamente en brazos robóticos, sistemas transportadores y máquinas herramienta. Los brazos robóticos requieren un control preciso de la posición y la fuerza, y el control en cascada puede garantizar que los brazos puedan realizar tareas complejas con precisión. Los sistemas transportadores necesitan mantener una velocidad constante y el control en cascada puede ajustar el accionamiento hidráulico para compensar los cambios en la carga y la fricción.

Industria automotriz

En la industria automotriz, el control en cascada electrohidráulico se utiliza en varios sistemas, como la dirección asistida y los sistemas de frenado. Por ejemplo, en unUnidad de freno redundante, el control en cascada puede mejorar el rendimiento de frenado al controlar con precisión la presión del líquido hidráulico en las líneas de freno. Esto ayuda a garantizar una operación de frenado segura y confiable.

Aeroespacial

En aplicaciones aeroespaciales, el control en cascada electrohidráulico es crucial para las superficies de control de vuelo, el tren de aterrizaje y los sistemas de control de motores. Las superficies de control de vuelo deben controlarse con precisión para mantener la estabilidad y maniobrabilidad de la aeronave. El control en cascada puede proporcionar la precisión y capacidad de respuesta necesarias para manejar las complejas fuerzas aerodinámicas.

Conclusión

El control en cascada electrohidráulico es una poderosa estrategia de control que combina las ventajas del control eléctrico y la potencia hidráulica. Ofrece un rechazo de perturbaciones mejorado, una estabilidad mejorada y una mayor precisión en comparación con los sistemas de control de bucle único. Con su amplia gama de aplicaciones en la automatización industrial, la automoción y la industria aeroespacial, la demanda de sistemas de control en cascada electrohidráulicos no hará más que aumentar.

Si está buscando soluciones de control de cascada electrohidráulica de alta calidad, estamos aquí para ayudarlo. Nuestro equipo de expertos puede proporcionar sistemas personalizados que cumplan con sus requisitos específicos. Ya sea que necesite un sistema para una aplicación industrial a pequeña escala o un proyecto aeroespacial a gran escala, tenemos la experiencia y los conocimientos para entregárselo. Contáctenos hoy para iniciar una discusión sobre sus necesidades de control electrohidráulico y explorar cómo nuestras soluciones pueden beneficiar a su negocio.

Referencias

• Ogata, K. (2010). Ingeniería de Control Moderna. Prentice Hall.
• Dorf, RC y Bishop, RH (2016). Sistemas de control modernos. Pearson.
• Karnopp, D., Margolis, DL y Rosenberg, RC (2012). Dinámica de sistemas: modelado, simulación y control de sistemas mecatrónicos. Wiley.