Pianificazione del moto per la soppressione delle oscillazioni del liquido in contenitori azionati da carrelli magnetici

In modern industrial plants, and particularly in applications involving the handling of fluid containers, it is essential to consider the oscillation phenomenon, which represents a limit to dynamic performance and productivity. If left uncontrolled, these oscillations lead to a reduction in operating speeds and an increase in waiting times, which penalizes the efficiency of the production line. This work addresses the problem through the design of optimized motion profiles for independent magnetic shuttle transport systems. Two approaches are analyzed and compared: a variational method, based on the minimization of a cost functional for the generation of optimal motion profiles, and Input Shaping techniques. To describe the fluid dynamics, equivalent mechanical models, both linear and nonlinear, have been adopted. The experimentation and validation of the results were carried out on a B&R ACOPOStrak system. In this phase, the amplitude of the oscillations and the estimation of certain fluid parameters were measured using a computer vision system developed in Python with OpenCV libraries. The experimental results clearly showed that a trade-off exists between the two control strategies. The variational approach proved to be better at limiting oscillations during the transient phase, although it required more aggressive acceleration and jerk profiles. Input Shaping techniques, on the other hand, proved excellent at eliminating residual vibrations at the end of the movement while maintaining smoother motion profiles. The thesis concludes with a comparison between the analyzed control strategies, outlining the limitations encountered and possible future developments.

Nei moderni impianti industriali e in particolare nelle applicazioni di movimentazione di recipienti di fluidi, è indispensabile considerare il fenomeno delle oscillazioni che rappresenta un limite delle prestazioni dinamiche e della produttività. Le oscillazioni, se non controllate, conducono ad una riduzione delle velocità operative e ad un aumento dei tempi di attesa che penalizza l’efficienza della linea produttiva. In questo lavoro si affronta il problema attraverso la progettazione di leggi di moto ottimizzate per sistemi di trasporto a carrelli magnetici indipendenti. Vengono analizzati e messi a confronto due approcci: un metodo variazionale, basato sulla minimizzazione di un funzionale di costo per la generazione di profili di moto ottimi, e le tecniche di Input Shaping. Per descrivere la dinamica del fluido sono stati adottati modelli meccanici equivalenti, sia lineari che non lineari. La sperimentazione e validazione dei risultati è stata effettuata su un sistema B\&R ACOPOStrak. In questa fase, l’ampiezza delle oscillazioni e la stima di alcuni parametri del fluido sono state misurate attraverso un sistema di visione artificiale sviluppato in Python con librerie OpenCV. I risultati sperimentali hanno mostrato chiaramente come esista un compromesso tra le due strategie di controllo. L’approccio variazionale è risultato migliore nel limitare le oscillazioni durante la fase transitoria, richiedendo però profili di accelerazione e jerk più spinti. Le tecniche di Input Shaping, invece, sono risultate ottime nell’eliminare le vibrazioni residue a fine movimento mantenendo profili di moto più fluidi. La tesi si conclude con un confronto tra le strategie di controllo analizzate e delineando i limiti riscontrati e i possibili sviluppi futuri.