Control de posición de una aplicación del péndulo invertido usando una estrategia de control predictiva GPC

Date
2017
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Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid
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Abstract
En este trabajo se presenta el diseño y la implementación de un control predictivo generalizado GPC para mantener la posición de un robot móvil tipo péndulo invertido perpendicular con respecto a la horizontal, el cual está montado sobre una plataforma diferencial. El péndulo invertido es considerado un problema clásico en la ingeniería de control, por ser un excelente banco de pruebas, para la sintonización e implementación de estrategias de control, al tratarse de un sistema no lineal e inestable. Inicialmente se muestra de forma resumida las investigaciones más recientes con respecto al tema tratado alrededor de los últimos 10 años. A lo largo del trabajo se ofrecen unas bases teóricas, que tienen como objetivo familiarizar al lector con los diferentes temas a tratar. El trabajo se desarrolla en tres etapas: la primera etapa está dedicada al diseño, construcción y modelación del prototipo, donde se describe la morfología, los componentes que harán parte del robot y la determinación de la función de transferencia partiendo de la modelación fenomenológica. En la segunda etapa se describe el proceso de diseño del GPC partiendo del modelo matemático obtenido. En la tercera y última etapa se realiza una comparación del rendimiento del controlador GPC con una estrategia de control convencional PD usando índices de desempeño como la integral absoluta del error, integral absoluta del error en el tiempo, integral cuadrática del error e integral cuadrática del error en el tiempo. Se utilizó un microcontrolador de 32 bits para implementar las estrategias de control, un acelerómetro/giroscopio para determinar el ángulo de inclinación, un driver para la etapa de potencia y con el fin de observar la funcionalidad en8espacios reducidos, el robot se construyó en una estructura con dimensiones específicas de 22 cm de ancho, 5 cm de alto y 8 cm de profundidad, permitiendo además, la posibilidad de visualizar los componentes mecánicos y electrónicos que conforman el prototipo. Lo anterior permite acceder a los componentes para cambios, solución de problemas de conexión o re-programación de algoritmos.
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Keywords
Robots Móviles. Robots. Controladores predictivos. Péndulo invertido.
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