P: ¿Qué tipos de aplicaciones implican un control de varios grados de libertad y por qué?
Dr. Shawn You: El objetivo final es simular las condiciones operativas del mundo real y caracterizar el rendimiento de la probeta en un entorno de laboratorio controlado. Las pruebas de múltiples grados de libertad (DOF) se utilizan en muchos sectores, normalmente para caracterizar componentes o estructuras grandes o complejas. Algunos ejemplos son las mesas vibratorias estándar y personalizadas (simuladores sísmicos), las mesas de simulación multiaxial utilizadas para probar componentes de vehículos terrestres, los bancos de pruebas estructurales civiles para probar componentes de edificios y puentes, las pruebas de aspas de helicópteros en el sector aeroespacial y las pruebas de bogies en el sector ferroviario.
P: ¿Qué retos presenta este tipo de pruebas?
Dr. You: La parte más importante de estas pruebas es el control de la fuerza, el movimiento o la aceleración en un sistema de coordenadas global. Se trata de transformar los sistemas de coordenadas individuales de los actuadores en el sistema de coordenadas global del sistema de prueba. Cuando se trata de probetas muy grandes y de deformaciones muy grandes, la matemática involucrada en estos cálculos es muy compleja.
P: ¿Cómo ayuda MTS a sus clientes a afrontar este reto?
Dr. You: Hemos desarrollado una herramienta llamada DOF Control Software, que establece un sistema de coordenadas para organizar cualquier número de actuadores de carga en hasta seis grados de libertad. El concepto detrás de la herramienta es sencillo. Si se piensa en un banco de pruebas de dos DOF, cada actuador individual por sí solo hará que la probeta siga una trayectoria de arco. Nuestro software comprende las relaciones entre las dos trayectorias de arco, por lo que puede proporcionar el control necesario para producir un movimiento vertical y lateral puro. Y lo hace para cualquier cantidad de actuadores. También puede funcionar en un modo de control mixto, por ejemplo, controlando la fuerza en el plano vertical y el desplazamiento en el plano lateral.
P: ¿Qué ventajas pueden obtener los clientes cuando utilizan el DOF Control Software?
Dr. You: La mayor ventaja es que se obtienen resultados más precisos de los que se obtendrían de otro modo, gracias a la coordinación precisa de múltiples actuadores. El Software de control DOF también es fácil de configurar para los ingenieros de pruebas. Es cuestión de ingresar las coordenadas y algunas otras variables, y la operación está lista para comenzar. Además, el software ayuda a los equipos de prueba a lidiar con situaciones muy complejas, como un sistema con restricciones excesivas.
P: ¿Puede explicar cómo el DOF Control Software gestiona un sistema sobrecargado?
Dr. You: En teoría, se puede controlar cualquier punto del sistema de coordenadas hasta en seis grados de libertad con el número de actuadores que sea igual o superior al número de grados de libertad. Pero hay muchos casos en los que el tamaño de la probeta o la naturaleza de la aplicación requieren que los equipos de prueba utilicen, por ejemplo, 30 actuadores. Cuando se tienen más actuadores que grados de libertad, los actuadores pueden luchar entre sí. Nuestro software equilibra automáticamente los movimientos de los actuadores adicionales para que funcionen con una coordinación fluida, en lugar de trabajar unos contra otros. Nos ocupamos de la compensación de acoplamiento cruzado de forma similar. Tratar de controlar sistemas sobrerestringidos o realizar una compensación de acoplamiento cruzado con las técnicas anteriores implicaría mucho más trabajo.
P: ¿Cuál es la alternativa al uso del Software de control DOF?
Dr. You:Los ingenieros de pruebas deben escribir ecuaciones explícitamente para cada transformación. Esto puede funcionar para pequeñas deformaciones, pero para grandes deformaciones no es exacto. Algunos equipos de prueba con los que hemos colaborado desarrollaron su propio software para hacer esto, pero eso requiere mucho tiempo y esfuerzo. Otros equipos se dieron cuenta de que sin la capacidad de organizar los actuadores con precisión, no podían realizar la prueba que necesitaban. Con el Software de control DOF, las ecuaciones se forman automáticamente y los cálculos están preestablecidos. Todo lo que tiene que hacer el equipo de prueba es proporcionar las coordenadas de la geometría de la muestra en una plantilla.
P: ¿Cuáles fueron los antecedentes del Software de control DOF?
Dr. You: Todo empezó con las mesas vibratorias para probar componentes automotrices, que utilizan muchos actuadores que trabajan en conjunto para mover la mesa dentro de un sistema de coordenadas global. MTS desarrolló la primera mesa agitadora que utilizaba este peculiar método de control. Luego nos dimos cuenta de que el software era sumamente útil para muchas otras aplicaciones de prueba, así que lo pusimos a la venta como un paquete separado.
P: ¿Cada instancia del Software de control DOF está vinculada a un banco de pruebas específico?
Dr. You: En general, sí. Se trata de sistemas de prueba personalizados. Sin embargo, hemos incorporado flexibilidad a la solución, ya que la plantilla de la probeta, que impulsa los cálculos de transformación, puede modificarse con relativa facilidad. Por ejemplo, en una aplicación estructural civil, puede necesitar una nueva configuración de actuadores para acomodar una probeta de tamaño diferente o una probeta con una orientación diferente. Nuestro equipo puede ayudar a los clientes a adaptar la plantilla a estas necesidades, de modo que puedan utilizar su banco de pruebas y software personalizado para más de una aplicación. Hemos aplicado el Software de control DOF a cientos de sistemas y tenemos décadas de experiencia resolviendo estos problemas para clientes de muchas industrias.
Dr. Shawn You: El objetivo final es simular las condiciones operativas del mundo real y caracterizar el rendimiento de la probeta en un entorno de laboratorio controlado. Las pruebas de múltiples grados de libertad (DOF) se utilizan en muchos sectores, normalmente para caracterizar componentes o estructuras grandes o complejas. Algunos ejemplos son las mesas vibratorias estándar y personalizadas (simuladores sísmicos), las mesas de simulación multiaxial utilizadas para probar componentes de vehículos terrestres, los bancos de pruebas estructurales civiles para probar componentes de edificios y puentes, las pruebas de aspas de helicópteros en el sector aeroespacial y las pruebas de bogies en el sector ferroviario.
P: ¿Qué retos presenta este tipo de pruebas?
Dr. You: La parte más importante de estas pruebas es el control de la fuerza, el movimiento o la aceleración en un sistema de coordenadas global. Se trata de transformar los sistemas de coordenadas individuales de los actuadores en el sistema de coordenadas global del sistema de prueba. Cuando se trata de probetas muy grandes y de deformaciones muy grandes, la matemática involucrada en estos cálculos es muy compleja.
P: ¿Cómo ayuda MTS a sus clientes a afrontar este reto?
Dr. You: Hemos desarrollado una herramienta llamada DOF Control Software, que establece un sistema de coordenadas para organizar cualquier número de actuadores de carga en hasta seis grados de libertad. El concepto detrás de la herramienta es sencillo. Si se piensa en un banco de pruebas de dos DOF, cada actuador individual por sí solo hará que la probeta siga una trayectoria de arco. Nuestro software comprende las relaciones entre las dos trayectorias de arco, por lo que puede proporcionar el control necesario para producir un movimiento vertical y lateral puro. Y lo hace para cualquier cantidad de actuadores. También puede funcionar en un modo de control mixto, por ejemplo, controlando la fuerza en el plano vertical y el desplazamiento en el plano lateral.
P: ¿Qué ventajas pueden obtener los clientes cuando utilizan el DOF Control Software?
Dr. You: La mayor ventaja es que se obtienen resultados más precisos de los que se obtendrían de otro modo, gracias a la coordinación precisa de múltiples actuadores. El Software de control DOF también es fácil de configurar para los ingenieros de pruebas. Es cuestión de ingresar las coordenadas y algunas otras variables, y la operación está lista para comenzar. Además, el software ayuda a los equipos de prueba a lidiar con situaciones muy complejas, como un sistema con restricciones excesivas.
P: ¿Puede explicar cómo el DOF Control Software gestiona un sistema sobrecargado?
Dr. You: En teoría, se puede controlar cualquier punto del sistema de coordenadas hasta en seis grados de libertad con el número de actuadores que sea igual o superior al número de grados de libertad. Pero hay muchos casos en los que el tamaño de la probeta o la naturaleza de la aplicación requieren que los equipos de prueba utilicen, por ejemplo, 30 actuadores. Cuando se tienen más actuadores que grados de libertad, los actuadores pueden luchar entre sí. Nuestro software equilibra automáticamente los movimientos de los actuadores adicionales para que funcionen con una coordinación fluida, en lugar de trabajar unos contra otros. Nos ocupamos de la compensación de acoplamiento cruzado de forma similar. Tratar de controlar sistemas sobrerestringidos o realizar una compensación de acoplamiento cruzado con las técnicas anteriores implicaría mucho más trabajo.
P: ¿Cuál es la alternativa al uso del Software de control DOF?
Dr. You:Los ingenieros de pruebas deben escribir ecuaciones explícitamente para cada transformación. Esto puede funcionar para pequeñas deformaciones, pero para grandes deformaciones no es exacto. Algunos equipos de prueba con los que hemos colaborado desarrollaron su propio software para hacer esto, pero eso requiere mucho tiempo y esfuerzo. Otros equipos se dieron cuenta de que sin la capacidad de organizar los actuadores con precisión, no podían realizar la prueba que necesitaban. Con el Software de control DOF, las ecuaciones se forman automáticamente y los cálculos están preestablecidos. Todo lo que tiene que hacer el equipo de prueba es proporcionar las coordenadas de la geometría de la muestra en una plantilla.
P: ¿Cuáles fueron los antecedentes del Software de control DOF?
Dr. You: Todo empezó con las mesas vibratorias para probar componentes automotrices, que utilizan muchos actuadores que trabajan en conjunto para mover la mesa dentro de un sistema de coordenadas global. MTS desarrolló la primera mesa agitadora que utilizaba este peculiar método de control. Luego nos dimos cuenta de que el software era sumamente útil para muchas otras aplicaciones de prueba, así que lo pusimos a la venta como un paquete separado.
P: ¿Cada instancia del Software de control DOF está vinculada a un banco de pruebas específico?
Dr. You: En general, sí. Se trata de sistemas de prueba personalizados. Sin embargo, hemos incorporado flexibilidad a la solución, ya que la plantilla de la probeta, que impulsa los cálculos de transformación, puede modificarse con relativa facilidad. Por ejemplo, en una aplicación estructural civil, puede necesitar una nueva configuración de actuadores para acomodar una probeta de tamaño diferente o una probeta con una orientación diferente. Nuestro equipo puede ayudar a los clientes a adaptar la plantilla a estas necesidades, de modo que puedan utilizar su banco de pruebas y software personalizado para más de una aplicación. Hemos aplicado el Software de control DOF a cientos de sistemas y tenemos décadas de experiencia resolviendo estos problemas para clientes de muchas industrias.
