Diseño y construcción de un prototipo de plataforma que simula la dinámica de un cuarto del sistema de suspensión activa de vehículo aplicando estrategia de control no lineal
El siguiente trabajo de grado se enfoca en el diseño de un banco de simulaciones de un cuarto de suspensión activa, centrándose en técnica de control lineales (LQG, técnica de control robusto Loop shaping, PID) y una no lineal (Control modo deslizantes), para la disminución de las oscilaciones provo...
- Autores:
-
Bulla Galeano, Wilman Daniel
Pabón Durán, Brayan Edixon
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2022
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/17625
- Acceso en línea:
- http://hdl.handle.net/20.500.12749/17625
- Palabra clave:
- Mechatronic
Mechanic system
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Mecatrónica
Desarrollo de prototipos
Modelos matemáticos
Métodos de simulación
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El siguiente trabajo de grado se enfoca en el diseño de un banco de simulaciones de un cuarto de suspensión activa, centrándose en técnica de control lineales (LQG, técnica de control robusto Loop shaping, PID) y una no lineal (Control modo deslizantes), para la disminución de las oscilaciones provocadas por una variación constante de desplazamiento lineal vertical a está. Se plantea el diseño desde la parte de potencia hasta su sistema electrónico para el control de cada etapa requerida, su sistema de sensado y adquisición de datos, en él se evidencia cada etapa desarrollada desde la construcción hasta evidencias de cada técnica de control planteadas y simuladas por sus integrantes. |
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González Acevedo, Hernando490b15a6-3d80-4525-a9a0-44e34b8f0937Bulla Galeano, Wilman Daniel8521edfa-ae80-4472-ae9e-7fc7537a0718Pabón Durán, Brayan Edixon3549419c-d1e7-4337-9727-15a7a1df562bGonzález Acevedo, Hernando [0000544655]González Acevedo, Hernando [V8tga0cAAAAJ&hl=es&oi=ao]González Acevedo, Hernando [0000-0001-6242-3939]González Acevedo, Hernando [55821231500]González Acevedo, Hernando [Hernando-Gonzalez-Acevedo-2199006362]2022-09-12T13:06:49Z2022-09-12T13:06:49Z2022-08http://hdl.handle.net/20.500.12749/17625instname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABreponame:Repositorio Institucional UNABrepourl:https://repository.unab.edu.coEl siguiente trabajo de grado se enfoca en el diseño de un banco de simulaciones de un cuarto de suspensión activa, centrándose en técnica de control lineales (LQG, técnica de control robusto Loop shaping, PID) y una no lineal (Control modo deslizantes), para la disminución de las oscilaciones provocadas por una variación constante de desplazamiento lineal vertical a está. Se plantea el diseño desde la parte de potencia hasta su sistema electrónico para el control de cada etapa requerida, su sistema de sensado y adquisición de datos, en él se evidencia cada etapa desarrollada desde la construcción hasta evidencias de cada técnica de control planteadas y simuladas por sus integrantes.1. Objetivos ....................................................................................................... 12 1.1 Objetivo general........................................................................................... 12 1.1.1 Objetivos específicos ................................................................................ 12 2. Abstract ......................................................................................................... 13 3. Resumen........................................................................................................ 14 4. Introducción.................................................................................................. 15 5. Marco Conceptual......................................................................................... 17 5.1 Marco Teórico.............................................................................................. 18 5.1.1 Controladores a implementar.................................................................... 20 5.1.2 Regulador lineal cuadrático (LQG) ........................................................... 20 5.1.3 Controlador PID ........................................................................................ 21 5.1.4 Técnica de control robusto Loop shaping ................................................. 23 5.2 Metodología ................................................................................................. 25 6. Diseño Mecánico y Eléctrico de la Suspensión ......................................... 26 6.1 Diseño Mecánico ......................................................................................... 26 6.1.1 Planteamiento del problema del diseño mecánico.................................... 26 6.1.2 Modelo CAD ............................................................................................. 27 6.1.3 Piezas del modelo CAD............................................................................ 28 6.1.4 Diseño Mecanismo Generador de Oscilación........................................... 30 6.1.5 Diseño Mecánico de la suspensión........................................................... 31 6.1.6 Diseño Actuador ....................................................................................... 34 6.1.7 Diseño Mecánico Total ............................................................................. 35 6.1.8 Matrices QFD............................................................................................ 36 6.2 Diseño eléctrico ........................................................................................... 38 6.2.1 Matrices QFD............................................................................................ 40 6.3 Captación de Datos ..................................................................................... 41 7. Modelo matemático y técnicas de control.................................................. 43 7.1 Caracterización del modelo de la suspensión activa ................................... 43 7.1.1 Modelo matemático del motor Dc ............................................................. 43 7.1.2 Caracterización del tornillo de potencia .................................................... 44 7.1.3 Modelo y simulación de un cuarto de suspensión activa .......................... 45 7.1.4 Determinación del modelo matemático de la suspensión ......................... 47 7.2 Determinación de parámetros del modelo ................................................... 48 7.4 Estrategias de Control Planteadas .............................................................. 52 7.4.1 Planteamiento del problema del sistema de control ................................. 53 7.5 Controlador LQG implementado .................................................................. 53 7.5.1 Control LQG simulado .............................................................................. 56 7.6 Controlador PID implementado.................................................................... 57 7.6.1 Control PID simulado................................................................................ 60 7.7 Técnica de control robusto Loop Shaping implementado ............................ 61 7.7.1 Técnica de control robusto Loop-shaping simulado.................................. 64 7.8 Control por modos deslizantes .................................................................... 65 7.8.1 Control deslizante simulado...................................................................... 68 8. Sistemas de control implementados experimentalmente ......................... 70 8.1 Comportamiento de la perturbación y respuesta pasiva de la planta .......... 70 8.1.1 Perturbación ............................................................................................. 70 8.2 Pruebas de controladores con setpoint variables ........................................ 71 8.2.1 Variaciones de setpoint con LQG ............................................................. 72 8.2.2 Variaciones de setpoint con PID............................................................... 72 8.2.3 Variaciones de setpoint con técnica de control robusto Loop-shaping ..... 73 8.2.4 Variaciones de setpoint con Deslizante .................................................... 73 8.2.5 Comparación de estrategias con setpoint variable ................................... 74 8.3 Respuesta de controladores del sistema planteado .................................... 74 8.4 Frecuencia de 0.192 Hz............................................................................... 75 8.4.1 Controlador LQG ...................................................................................... 75 8.4.2 Controlador PID ........................................................................................ 76 8.4.3 Técnica de controlador robusto Loop-shaping.......................................... 76 8.4.4 Controlador Deslizante ............................................................................. 77 8.4.5 Comparación gráfica de las estrategias de control a 0.192 Hz................. 78 8.5 Frecuencia de 0.294 Hz............................................................................... 79 8.5.1 Controlador LQG ...................................................................................... 79 8.5.2 Controlador PID ........................................................................................ 80 8.5.3 Técnica de controlador robusto Loop-shaping.......................................... 80 8.5.4 Controlador Deslizante ............................................................................. 81 8.5.5 Comparación gráfica de las estrategias de control a 0.294 Hz................. 82 8.6 Frecuencia de 0.344 Hz............................................................................... 83 8.6.1 Controlador LQG ...................................................................................... 83 8.6.2 Controlador PID ........................................................................................ 84 8.6.3 Técnica de control robusto Loop-shaping................................................. 84 8.6.4 Controlador Deslizante ............................................................................. 85 8.6.5 Comparación gráfica de las estrategias de control a 0.344 Hz................. 86 8.7 Evaluación de índices de error .................................................................... 87 8.7.1 Criterio de la integral del valor absoluto del error ..................................... 87 8.7.2 Criterio de la integral del error al cuadrado............................................... 87 8.7.3 Criterio de la integral del valor absoluto del error por el tiempo................ 87 8.7.4 Integral del error cuadrado multiplicado por el tiempo .............................. 88 8.7.5 Cálculo y comparación de errores ............................................................ 88 8.7.6 Frecuencia de 0.192 Hz............................................................................ 88 8.7.7 Frecuencia de 0.294 Hz............................................................................ 89 8.7.8 Frecuencia de 0.344 Hz............................................................................ 90 9. Conclusiones ................................................................................................ 91 10. Anexos........................................................................................................... 93 11. Referencias ................................................................................................. 101PregradoThe following degree thesis focuses on the design of a simulation bench of an active suspension quarter, focusing on linear control techniques (LQG, technique robust Loop shaping, PID) and a non-linear one (Slider mode control), for the reduction of the oscillations caused by a constant variation of vertical linear displacement. The design is proposed from the power part to its electronic system for the control of each required stage, its measured and data acquisition system, it shows each stage developed from construction to evidence of each control technique raised and simulated by its members.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Diseño y construcción de un prototipo de plataforma que simula la dinámica de un cuarto del sistema de suspensión activa de vehículo aplicando estrategia de control no linealDesign and construction of a platform prototype that simulates the dynamics of a quarter of the vehicle's active suspension system applying a nonlinear control strategyIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicMechanic systemDynamic behaviorPrototype developmentMathematical modelsSimulation methodsSuspension roomSuspension systemAutomatic controlMecatrónicaDesarrollo de prototiposModelos matemáticosMétodos de simulaciónControl automáticoSistema mecánicoComportamiento dinámicoCuarto de suspensiónSistema de suspensión[1] Castaño Giraldo S. “Control, Automático y educación”, 2017. 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