Diseño de un sistema de control avanzado para un péndulo invertido doble lineal

El diseño de un sistema de control avanzado para un péndulo invertido doble lineal de modo que pueda mantenerse en una posición vertical invertida ante posibles perturbaciones, es el objetivo principal de la presente tesis que tiene como fin el equilibrio de ambos péndulos dado un ángulo inicial. Pa...

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Autores:: Gaona Prada, Juan Manuel
Niño Sánchez, Wilson

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2022

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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Para esto se plantearon los siguientes objetivos: Determinar el modelo matemático del péndulo invertido doble lineal, seleccionar los sensores que permitan monitorear las variables del sistema y el actuador adecuado de acuerdo a los requerimientos físicos del prototipo, construir un prototipo funcional basado en el modelo matemático teniendo en cuenta los cálculos realizados para el diseño mecánico y electrónico, diseñar los controladores digitales LQR y Difuso con el fin de garantizar la estabilidad del sistema, validar las estrategias de control con un prototipo funcional. Como resultado de este trabajo se las dos estrategias de control planteadas en el prototipo construido, el control óptimo LQR y el control difuso que se basa en las relaciones de entrada-salida representadas en un compendio de reglas difusas que asocian una causa con un efecto. Por último se llegó a la conclusión de que el controlador LQR fue el que mejor se ajustó al péndulo invertido doble lineal a nivel experimental porque logro estabilizar ambos eslabones en lapsos de tiempos cortos, logrando que los ángulos de los eslabones tuvieran una oscilación pequeña en su posición de equilibrio.CAPÍTULO 1: ASPECTOS GENERALES CAPITULO 2: PÉNDULO INVERTIDO DOBLE LINEAL (PIDL) CAPITULO 3: CONTROL CAPITULO 4: VALIDACIÓN DE LOS CONTROLADORES CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOSPregradoThe design of an advanced control system for a linear double inverted pendulum so that it can be maintained in an inverted vertical position in the face of possible disturbances, is the main objective of this thesis, which aims to balance both pendulums given an initial angle. For this, the following objectives were established: Determine the mathematical model of the double linear inverted pendulum, select the sensors that allow monitoring of the system variables and the appropriate actuator according to the physical requirements of the prototype, build a functional prototype based on the mathematical model Taking into account the calculations made for the mechanical and electronic design, design the LQR and Fuzzy digital controllers in order to guarantee the stability of the system, validate the control strategies with a functional prototype. As a result of this work, the two control strategies proposed in the prototype built, the optimal LQR control and the fuzzy control that is based on the input-output relationships represented in a compendium of fuzzy rules that associate a cause with an effect. Finally, it was concluded that the LQR controller was the one that best adjusted to the double linear inverted pendulum at the experimental level because it managed to stabilize both links in short periods of time, achieving that the angles of the links had a small oscillation in their balance position.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 de un sistema de control avanzado para un péndulo invertido doble linealDesign of an advanced control system for a linear double inverted pendulumIngeniero 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/TPMechatronicMathematical modelPendulumControl systemAutomatic controlDevelopment of prototypesAutomationLinear control systemsMecatrónicaSistema de controlControl automáticoDesarrollo de prototiposAutomatizaciónSistemas de contro linealModelo matemáticoPénduloCROWE-WRIGHT, Ian. Control Theory: Double pendulum inverted on a car. México, 2018, 50 p. Thesis (Master of science mathematics). University of new mexico. Faculty of engineering.BOGDANOV, Alexander. Optimal control of a inverted pendulum on a cart. (December 2004).BERNSTEIN, Amanda. Modeling and control: Applications to a doublé inverted pendulum and radio frequency interference. EEUU, 2018, 45 p. Thesis (Doctor of philosophy appplied mathematics). University state of north carolinaSHULIANG, L y LANGARI, R. Hierarchical fuzzy logic control of a double inverted pendulum. En: Ninth IEEE International Conference on Fuzzy Systems. (January 2000); pp. 1076-1077QUANSER INC. Linear Double Inverted Pendulum. (2012).NARINDER, Bhangal. Design and performance of LQR and LQR based fuzzy controller for doublé inverted pendulum system. En: Journal of Image and graphics. Vol. 1, No. 3 (September 2013); p. 143-146.LIN, Wang. SHIFU, Zheng. XINPING, Wang & LIPING, Fan. Fuzzy control of doublé inverted pendulum. International conference on intelligent control and information processing. (August 2004).ARIZA, Héctor y GARCIA, Jesús. Diseño e implementación de un péndulo invertido doble lineal sobre base móvil como material de apoyo didáctico para el área de control 3 en la licenciatura de electrónica de la Universidad Pedagógica Nacional. Bogotá, Febrero 2017, Tesis (Licenciado en electrónica). Universidad Pedagógica NacionalOGATA, Katsuhiko. Sistemas de control en tiempo discreto. México. Prentice Hall Hispanoamericana. 1996.JANSSEN, Bert. Mecánica Analítica. 2006. p. 35-41.NAIDU, D. Optimal Control Systems, S. Richard C. Dorf, Ed. CRC Press, (2003).ESTRADA, Eduardo. Sistemas de control Difuso. {En línea}. {Marzo de 2022} disponible en: http://matematicas.unicauca.edu.co/eventos/log&co/MEMORIAS/SxCtrl_Difuso.pdfESPINOZA, Milagros. Diseño de un controlador difuso basado en el esquema del compensador paralelo distribuido (PDC). En: Revista de la facultad de Ingenieria Universidad central de Venezuela. Vol. 26, No. 1 (Marzo 2011); p. 1-3.CASNER, D. HOUSSIN, R. RENAUD, J y KNITTEL, D. Contribution to the embodiment design of mechatronic system by evolutionary optimization approaches. En: Desing Engineering and advanced manufacturing. (2014).CASTAÑO, Sergio. Control Automático Educación. Modelo de Motor DC. {En línea}. {Enero de 2021} disponible en: https://controlautomaticoeducacion.com/analisis-de-sistemas/modelo-de-motor-dc/GUERRERO GÓMEZ, Yosman. Diseño de un sistema de control óptimo y un control predictivo para un prototipo de helicóptero de tres grados de libertad. Colombia: Universidad Autónoma de Bucaramanga, Ingeniería mecatrónica. Santander. 2019.HAO, Ying. The simplest fuzzy controllers using different inference methods are different nonlinear proportional-integral controllers with variable gains. En: Automatic. Vol 29, No, 6 (1993); pp. 1579-1589. 1993.MathWorks. (2021). Diseño y utilización de filtros Kalman en Matlab y simulink. Obtenido de MathWorks: https://es.mathworks.com/discovery/filtros-kalman.htmlRODRIGUEZ, Daniel y BORDÓNS, Carlos. (2005). Apuntes de ingeniería de control. Análisis y control de sistemas en espacio de estado. Identificación de sistemas. Control adaptativo. Universidad de Sevilla, EspañaMathWorks. (2021). Creación de proyectos de Arduino mediante diagramas de bloques y programación de alto nivel. Obtenido de MathWorks: https://la.mathworks.com/discovery/arduino-programming-matlab-simulink.htmlUmich engin. Inverted Pendulum: System Modeling. {En línea}. {Marzo de 2022} disponible en: https://ctms.engin.umich.edu/CTMS/index.php?example=InvertedPendulum&sectio n=SystemModeling.Montoya. G. O. D. & Valenzuela. H. J. G. & Giraldo. B. D. Control global del Péndulo Rotacional Invertido empleando modelos de energía. Scientia et Technica Año XVII, Vol 1. No 52. DOI: http://dx.doi.org/10.22517/23447214.7831REGALO NUÑEZ, Carlos. 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Diseño de un sistema de control avanzado para un péndulo invertido doble lineal

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