Estabilidad Acoplada de Sistemas Multiport—Teoría y Experimentos

Este documento presenta estudios tanto teóricos como experimentales sobre la estabilidad de la interacción dinámica entre un manipulador controlado por retroalimentación y un entorno pasivo. Se presentan condiciones necesarias y suficientes para la "estabilidad acoplada"—la estabilidad de un puerto lineal e invariante en el tiempo (por ejemplo, un robot, linealizado alrededor de un punto de operación) acoplado a un entorno pasivo, pero de otro modo arbitrario. Luego se aborda el problema de evaluar la estabilidad acoplada para un sistema físico (tiempo continuo) con un controlador de tiempo discreto. Se demuestra que tal sistema puede exhibir la propiedad de estabilidad acoplada; sin embargo, las condiciones analíticas o incluso numéricas de bajo costo son difíciles de obtener. Por lo tanto, se desarrolla una condición aproximada basada en gráficos de Nyquist multivariables de fácil cálculo. Esta condición se utiliza para analizar dos controladores implementados en un robot de doble enlace, con accionamiento directo. Un controlador de impedancia demuestra que un manipulador controlado por retroalimentación puede satisfacer la propiedad de estabilidad acoplada. Un controlador LQG/LTR ilustra las consecuencias específicas de no cumplir con el criterio de estabilidad acoplada; también ilustra cómo puede surgir inestabilidad acoplada en ausencia de retroalimentación de fuerza. Se introducen y utilizan dos procedimientos experimentales—medición de la admitancia del punto final e interacción con resortes y masas—para evaluar los controladores anteriores. Se comparan los resultados teóricos y experimentales.