Diseño de un sistema de control avanzado para un péndulo rotacional invertido (FURUTA)
| dc.contributor.advisor | González Acevedo, Hernando | |
| dc.contributor.author | Valero Téllez, Eduan Alejandro | |
| dc.contributor.cvlac | González Acevedo, Hernando [0000544655] | spa |
| dc.contributor.googlescholar | González Acevedo, Hernando [V8tga0cAAAAJ&hl=es&oi=ao] | spa |
| dc.contributor.orcid | González Acevedo, Hernando [0000-0001-6242-3939] | spa |
| dc.contributor.researchgate | González Acevedo, Hernando [Hernando-Gonzalez-Acevedo-2199006362] | spa |
| dc.coverage.campus | UNAB Campus Bucaramanga | spa |
| dc.coverage.spatial | Colombia | spa |
| dc.date.accessioned | 2022-06-13T16:08:15Z | |
| dc.date.available | 2022-06-13T16:08:15Z | |
| dc.date.issued | 2022-05 | |
| dc.degree.name | Ingeniero Mecatrónico | spa |
| dc.description.abstract | El proyecto realizado presenta el diseño de 3 estrategias de control (optimo, robusto y modos deslizantes) que se implementaron en un prototipo de péndulo rotacional de bajo costo. Para la realización del proyecto se plantearon unos objetivos que se desarrollaron en base a una metodología con el fin de cumplir un objetivo general final, cómo primer objetivo se determinó el modelo matemático del sistema, en base en artículos, trabajos y conocimientos del autor. Planteado un modelo se realiza el diseño mecánico y electrónico del péndulo dando solución al objetivo de la construcción del prototipo, una vez ensamblado la parte electrónica con la parte mecánica, se realiza la identificación del sistema con el fin de validar su comportamiento real se ajuste al modelo planteado, gracias a una adquisición de datos realizada y analizada en el software Matlab, dando una estimación del modelo acertada respecto a las pruebas experimentales. Ajustado el modelo real con el simulado se realizan el diseño simulación e implementación de los controladores propuestos como objetivos y como objetivos finales realizando la validación en una interfaz gráfica diseñada para el monitoreo en tiempo real del sistema. | spa |
| dc.description.abstractenglish | The project presents the design of three control strategies (optimal, robust and sliding modes) that were implemented in a low cost rotational pendulum prototype. For the realization of the project, some objectives were proposed and developed based on a methodology in order to meet a final overall objective, as the first objective was determined the mathematical model of the system, based on articles, papers and knowledge of the author. Once the electronic part is assembled with the mechanical part, the identification of the system is carried out in order to validate its real behavior and its adjustment to the proposed model, thanks to a data acquisition performed and analyzed in the Matlab software, giving an accurate estimation of the model with respect to the experimental tests. Once the real model is adjusted to the simulated one, the design, simulation and implementation of the controllers proposed as objectives and final objectives are carried out, performing the validation in a graphic interface designed for the real time monitoring of the system. | spa |
| dc.description.degreelevel | Pregrado | spa |
| dc.description.learningmodality | Modalidad Presencial | spa |
| dc.description.tableofcontents | OBJETIVOS ............................................................................................................................................ 12 General .................................................................................................................................................... 12 Específicos .............................................................................................................................................. 12 INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................... 13 CAPÍTULO 1: PÉNDULO DE FURUTA (PF). ................................................................................... 14 1.1 Modelo matemático ................................................................................................................... 15 1.1.1 Cinemática del sistema ......................................................................................................... 15 1.1.2 Análisis de energía ................................................................................................................ 16 1.1.3 Ecuaciones de movimiento .................................................................................................. 18 1.1.4 Motor de corriente continua ................................................................................................. 19 1.2 Diseño mecánico ........................................................................................................................ 20 1.2.1 Dimensionamiento ................................................................................................................. 21 1.2.2 Parámetros del modelo. ........................................................................................................ 22 1.3 Diseño electrónico ..................................................................................................................... 22 1.3.1 Sensores ................................................................................................................................. 22 1.3.2 Caracterización de los sensores ......................................................................................... 23 1.3.2.1 Filtrado de las señales de los sensores ......................................................................... 24 1.3.3 Motor ........................................................................................................................................ 26 1.3.4 Sistema de adquisición de datos. ....................................................................................... 26 1.3.5 Conexiones ............................................................................................................................. 27 1.4 Prototipo final. ............................................................................................................................. 28 1.5 Identificación del sistema .......................................................................................................... 29 1.5.1 Estimación de parámetros .................................................................................................... 30 CAPÍTULO 2: DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL .................................................................. 33 2.1 Representación en espacio de estados ................................................................................. 33 2.1.1 Puntos de equilibrio ............................................................................................................... 34 2.1.2 Linealización del modelo por espacio de estados ............................................................ 34 2.1.3 Modelo de espacio de estados en tiempo discreto .......................................................... 35 2.2 Control por espacio de estados ............................................................................................... 36 2.3 Control LQG ................................................................................................................................ 37 2.3.1 Control LQG del modelo del PF .......................................................................................... 37 2.3.1.1 Diseño de control LQR...................................................................................................... 38 2.3.1.2 Diseño filtro Kalman .......................................................................................................... 38 2.3.2 Simulación control LQG ........................................................................................................ 39 2.4 Control Robusto ......................................................................................................................... 40 2.4.1 Loop-Shaping ......................................................................................................................... 41 2.4.2 Diseño de control robusto ..................................................................................................... 42 2.4.3 Simulación de control robusto.............................................................................................. 45 2.5 Control por modos deslizantes (SMC) .................................................................................... 47 2.5.1 Diseño control modos deslizantes. ..................................................................................... 49 2.5.2 Simulación control modos deslizantes. .............................................................................. 50 2.6 Método Swing-Up ...................................................................................................................... 53 2.6.1 Simulación método Swing-Up .............................................................................................. 55 2.7 Comparación estrategias de control ....................................................................................... 59 CAPITULO 3: VALIDACIÓN DE CONTROLADORES ................................................................... 63 3.1 Interfaz gráfica ........................................................................................................................... 63 3.2 Implementación control LQG. .................................................................................................. 65 3.2.1 Punto de equilibrio ................................................................................................................. 65 3.2.2 Swing-Up ................................................................................................................................. 66 3.2.3 Punto de equilibrio, perturbación ......................................................................................... 67 3.2.4 Swing-Up, perturbación ........................................................................................................ 68 3.3 Implementación control por modos deslizantes. ................................................................... 70 3.3.1 Punto de equilibrio ................................................................................................................. 70 3.3.2 Swing-Up ................................................................................................................................. 71 3.3.3 Punto de equilibrio, perturbación ......................................................................................... 72 3.3.4 Swing-Up, perturbación ........................................................................................................ 73 3.4 Implementación control robusto. ............................................................................................. 74 3.4.1 Punto de equilibrio ................................................................................................................. 74 3.4.2 Punto de equilibrio, perturbación ......................................................................................... 75 3.4 Comparación de controladores ................................................................................................ 76 CONCLUSIONES................................................................................................................................... 78 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................................... 80 ANEXOS .................................................................................................................................................. 82 | spa |
| dc.format.mimetype | application/pdf | spa |
| dc.identifier.instname | instname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB | spa |
| dc.identifier.reponame | reponame:Repositorio Institucional UNAB | spa |
| dc.identifier.repourl | repourl:https://repository.unab.edu.co | spa |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/20.500.12749/16710 | |
| dc.language.iso | spa | spa |
| dc.publisher.faculty | Facultad Ingeniería | spa |
| dc.publisher.grantor | Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB | spa |
| dc.publisher.program | Pregrado Ingeniería Mecatrónica | spa |
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| dc.rights.creativecommons | Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia | * |
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| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/ | * |
| dc.subject.keywords | Mechatronic | spa |
| dc.subject.keywords | Mathematical model | spa |
| dc.subject.keywords | Nonlinear systems | spa |
| dc.subject.keywords | Rotational pendulum | spa |
| dc.subject.keywords | Prototype development | spa |
| dc.subject.keywords | Under-actuated mechanism | spa |
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| dc.subject.lemb | Mecatrónica | spa |
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| dc.title | Diseño de un sistema de control avanzado para un péndulo rotacional invertido (FURUTA) | spa |
| dc.title.translated | Design of an advanced control system for an inverted rotational pendulum (FURUTA) | spa |
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