Modelado y Control de un Levitador Magnético en FPGA para Aplicaciones Robóticas de Alta Limpieza
Resumen
Se presenta el modelado y control de un levitador magnético axial como parte de un sistema de rodamientos magnéticos activos (AMB) para robots SCARA en ambientes de cuartos limpios. El diseño utiliza un disco rotor suspendido mediante cuatro electroimanes dispuestos ortogonalmente, eliminando el contacto mecánico y reduciendo la generación de partículas contaminantes. Se desarrolla un modelo matemático no lineal basado en la ley de voltajes de Kirchhoff y la segunda ley de Newton, considerando las fuerzas gravitacional y electromagnética. Se implementa un controlador LQG en una FPGA utilizando VHDL, lo que permite control en tiempo real y alta velocidad de respuesta. Simulaciones en MATLAB/Simulink y ensayos experimentales con un prototipo físico validan el desempeño del sistema. Los resultados demuestran estabilidad y precisión en el control de posición axial, evidenciando su viabilidad para aplicaciones de baja velocidad y altos requerimientos de limpieza. Se identifican oportunidades para mejoras futuras mediante técnicas de control inteligente y optimización electromecánica.
