Desarrollo de filtros de Kalman para monitorización de holguras en maquinaria industrial
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Resumen
La aparición de holguras por desgaste en la maquinaria industrial tiene un impacto importante en
su rendimiento y vida útil. Una holgura reduce la eficiencia de la máquina y provoca incrementos
de temperatura, ruidos y vibraciones, lo que puede dañar ciertos componentes o causar el fallo
prematuro del equipo. Para reducir estos efectos, es necesario efectuar tareas de mantenimiento de
forma regular.
El proceso de caracterización de las holguras y su simulación ha sido objeto de estudio de la
comunidad de dinámica multicuerpo. Los métodos propuestos requieren una descripción precisa de
la dinámica de los sólidos unidos por las juntas con holgura. La representación de este fenómeno
en la simulación depende de la selección de varios parámetros que caracterizan la geometría de la
holgura. En la práctica, estos parámetros son complejos de obtener y pueden variar durante el
tiempo debido, por ejemplo, a cambios en las condiciones de operación de la máquina. Además,
muchos de estos parámetros no se pueden medir directamente mediante sensores.
Los observadores de estados, como los basados en el filtro de Kalman, se emplean para estimar
variables o parámetros que no se conocen con certeza, lo que los convierte en una alternativa para
detectar la presencia de holguras en un mecanismo. Los filtros de Kalman se han empleado con
modelos multicuerpo para estimar fuerzas y parámetros de configuración de modelos, además del
propio estado del sistema. Sin embargo, aún no se han aplicado al ámbito de las holguras de forma
sistemática, especialmente en el contexto de montajes experimentales. Los primeros pasos hacia
una solución siguiendo el enfoque de estimadores implica la selección de los métodos más
adecuados para cuantificar el problema de la holgura de forma directa, incluyendo la selección de
sensores, tipo de filtro y la identificación de las magnitudes más relevantes del problema.
En este trabajo, la máquina objeto de estudio se basa en un mecanismo de biela-manivela. Se ha
combinado un modelo ideal del mecanismo con un filtro de Kalman extendido consiguiendo estimar
las fuerzas en la holgura. El siguiente paso es conseguir estimar el tamaño de la holgura, para lo
que se están estudiando diferentes alternativas, como la estimación de parámetros mediante un
filtro de Kalman “unscented”. De esta forma, será posible monitorizar la aparición y evolución de
holguras con el fin de evitar daños críticos en la maquinaria.
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