Desarrollo de un prototipo de pendubot para la enseñanza

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dc.contributor.advisorMaradey Lazaro, Jessica Gissella
dc.contributor.apolounabMaradey Lazaro, Jessica Gissella [jessica-gissella-maradey-lazaro-2]spa
dc.contributor.authorRueda Vera, Brayan Esneider
dc.contributor.cvlacRueda Vera. Brayan Esneider [0001940583]spa
dc.contributor.cvlacMaradey Lazaro, Jessica Gissella [0000040553]spa
dc.contributor.linkedinMaradey Lazaro, Jessica Gissella [jessica-gissella-maradey-lazaro-b7831445]spa
dc.contributor.orcidMaradey Lazaro, Jessica Gissella [000-0003-2319-1965]spa
dc.contributor.researchgateMaradey Lazaro, Jessica Gissella [Jessica_Maradey_Lazaro]spa
dc.contributor.scopusMaradey Lazaro, Jessica Gissella [57207878442]spa
dc.coverage.campusUNAB Campus Bucaramangaspa
dc.coverage.spatialBucaramanga (Santander, Colombia)spa
dc.date.accessioned2024-11-22T18:21:08Z
dc.date.available2024-11-22T18:21:08Z
dc.date.issued2022-11-22
dc.degree.nameIngeniero Mecatrónicospa
dc.description.abstractLa presente tesis tiene como objetivo dar a conocer el proceso de diseño e implementación de un sistema subactuado de pendubot, enfocado en el uso docente para la enseñanza de diversas técnicas de control. Siendo así, se desarrolla el modelo matemático de las ecuaciones dinámicas y el análisis del punto de equilibrio, teniendo en cuenta el diseño mecánico y eléctrico del sistema. Se emplea controles de estabilidad como el regulador linear cuadrático (LQR), el regulador no lineal de modos deslizantes (SMC), un control de balanceo y un nuevo algoritmo de control que emplea las estrategias anteriores. Asimismo, se desarrolla una interfaz gráfica que permite validar el desempeño y análisis en un entorno virtual de las variables de estado del prototipo.spa
dc.description.abstractenglishThis thesis aims to present the design and implementation process of a underactuated pendubot system, focused on its use in teaching various control techniques. To this end, the mathematical model of the dynamic equations and the analysis of the equilibrium point are developed, taking into account the mechanical and electrical design of the system. Stability controls such as the Linear Quadratic Regulator (LQR), the Nonlinear Sliding Mode Controller (SMC), a balancing controller, and a new control algorithm that employs the previous strategies are used. Additionally, a graphical interface is developed to validate the performance and analyze the state variables of the prototype in a virtual environment.spa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.description.learningmodalityModalidad Presencialspa
dc.description.tableofcontents1 INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………...13 1.1 DESCRIPCIÓN BREVE DEL PROBLEMA..........................................13 1.2 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA....................................................13 1.3 OBJETIVOS........................................................................................14 1.3.1 Objetivo general..............................................................................14 1.3.2 Objetivos específicos......................................................................14 2 MARCO TEÓRICO............................................................................15 2.1 SISTEMAS MECÁNICOS SUBACTUADOS........................................15 2.2 PENDUBOT........................................................................................16 2.2.1 Objetivos de control ......................................................................17 2.2.2 Posiciones de equilibrio .................................................................17 2.2.3 Sensores de posición angular........................................................18 3 ESTADO DEL ARTE............................................................................20 4 METODOLOGÍA DE DISEÑO.............................................................25 5 MODELADO ANALÍTICO DEL SISTEMA ELECTROMECÁNICO DE UN PENDUBOT....26 5.1 MODELO MATEMÁTICO DEL SISTEMA ELÉCTRICO....29 5.1.1 Simplificación de ecuaciones del motor dc por el método de la eliminación de la constante eléctrica....30 5.2 ECUACIONES DINÁMICAS DEL SISTEMA ELECTROMECÁNICO DEL PENDUBOT....30 6 DISEÑO DEL MECÁNICO Y ELÉCTRICO DEL PROTOTIPO REAL.....31 6.1 SISTEMA MECÁNICO DEL PROTOTIPO REAL DE UN PENDUBOT ..31 6.2 SISTEMA ELÉCTRICO DEL PROTOTIPO REAL DE UN PENDUBOT...32 7 DISEÑO DE CONTROLADORES..........................................................38 7.1 ANÁLISIS DEL MODELO MATEMÁTICO............................................38 7.1.1 Puntos de equilibrio...........................................................................39 7.1.2 Linealización del modelo matematico en el punto de equilibrio tope…40 7.1.3 Estabilidad del sistema de pendubot..............................................42 7.2 CONTROL DE ESTABILIDAD...............................................................43 7.2.1 Control óptimo lqr continuo............................................................43 7.2.2 Control por modos deslizantes.......................................................45 7.2.3 Control por modos deslizantes y regulador lineal cuadrático...50 7.3 CONTROL DE BALANCEO.................................................................53 7.3.1 Control tipo PD con regulador de tangente hiperbólico............54 7.3.2 Control tipo P basado en métodos de energías..........................57 8 RESULTADOS ESPERADOS.............................................................61 8.1 VALIDACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO..................................61 8.2 IMPLEMENTACIÓN DE INTERFAZ.................................................63 8.3 PRUEBAS EN PROTOTIPO REAL....................................................65 8.3.1 Resultados experimentales del control de estabilidad............66 8.3.2 Resultados experimentales del control de balanceo y estabilidad....73 8.4 ANÁLISIS DE REPETIBILIDAD.........................................................79 9 CONCLUSIONES.............................................................................80 10 TRABAJOS FUTUROS ......................................................................81 11 RECOMENDACIONES......................................................................82 12 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS....................................................83 13 ANEXOS...........................................................................................86 13.1 CODIGO MATLAB............................................................................86 13.2 ANEXO 2. PLANOS..........................................................................94spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.identifier.instnameinstname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional UNABspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.unab.edu.cospa
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.12749/27521
dc.language.isospaspa
dc.publisher.facultyFacultad Ingenieríaspa
dc.publisher.grantorUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABspa
dc.publisher.programPregrado Ingeniería Mecatrónicaspa
dc.publisher.programidIMK-1789
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dc.relation.uriapolohttps://apolo.unab.edu.co/en/persons/jessica-gissella-maradey-lazaro-2spa
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessspa
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia*
dc.rights.localAbierto (Texto Completo)spa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/*
dc.subject.keywordsPendubotspa
dc.subject.keywordsNonlinear Controlspa
dc.subject.keywordsSwing upspa
dc.subject.keywordsstabilityspa
dc.subject.keywordsMechatronicsspa
dc.subject.keywordsPrototype developmentspa
dc.subject.keywordsElectromechanical devicesspa
dc.subject.keywordsMechanical engineeringspa
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dc.subject.keywordsNonlinear systemsspa
dc.subject.lembMecatrónicaspa
dc.subject.lembDesarrollo de prototiposspa
dc.subject.lembDispositivos electromecánicosspa
dc.subject.lembIngeniería mecánicaspa
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dc.subject.lembSistemas no linealesspa
dc.subject.proposalPendubotspa
dc.subject.proposalControl no linealspa
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dc.titleDesarrollo de un prototipo de pendubot para la enseñanzaspa
dc.title.translatedDevelopment of a pendubot prototype for teachingspa
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dc.type.localTrabajo de Gradospa
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