• Titulo

    Desarrollo de experiencias de modelado y control a tiempo real de un péndulo
  • Autor (es) / Colaborador(es)

    Glenda Zafir González Díaz / Pablo A. Lischinsky A.
  • Institución

    Universidad de Los Andes - Facultad de Ingeniería - Escuela de Ingeniería de Sistemas
  • Tipo Documento

    Trabajo especial de grado
  • Resumen

    Español

    El presente trabajo tiene por finalidad desarrollar una sene de prácticas de laboratorio utilizando el sistema de desarrollo a tiempo real dSPACE y el primer enlace del proceso Pendubot que resulta en un péndulo controlado (robot manipulador de un grado de libertad). Con la realización de estas prácticas se pretende que el estudiante se familiarice con el sistema dSPACE, aprovechando todas las ventajas que este sistema ofrece en el control a tiempo real. También se pretende introducir al alumno en el control de robots manipuladores, desarrollando los algoritmos más comúnmente utilizados en este campo, que son aplicables a otros tipos de procesos no-lineales. Se presenta el procedimiento de diseño e implementación de una sene de controladores, mostrando la metodología aplicada a un caso clásico de estudio pero de características particularmente atractivas para poner a prueba diferentes leyes de control, como lo es el de un péndulo. El procedimiento de diseño se realiza partiendo del modelado del péndulo mediante el diagrama de fuerzas de Newton-Euler y las ecuaciones de movimiento de Lagrange. La estimación de los parámetros del modelo se realiza a través de mediciones físicas y del método de la energía. Así mismo se identifican funciones de transferencias continuas y discretas alrededor de un punto de operación utilizando señales de entrada tipo escalón y pseudo aleatorias binarias (PRBS). Obtenido el modelo matemático, se procede al planteamiento de estrategias de control considerando los objetivos de control de los robots, como lo son la regulación de la posición (o control punto apunto) y el seguimiento de trayectoria. Las versiones básicas de estos controladores son del tipo PID clásicos. Luego se desarrollan técnicas más avanzadas de diseño, como lo son la linealización por compensación de gravedad y de la compensación de fricción para obtener leyes de control más eficientes en el espacio de trabajo del manipulador. Cumplido el objetivo de control de posición, se procede al diseño de una ley de control de energía por compensación de fricción, que hace uso de una ley de control adaptativa establecida con el uso de la teoría de estabilidad de Lyapunov. Validadas las diferentes leyes de control mediante simulaciones, éstas se implementaron desarrollando programas codificados en lenguaje C que se ejecutan en el procesador DSP de la tarjeta de control y adquisición dSPACE. El proceso de monitoreo y control de las variables de los programas de control desarrollados se hace posible mediante el uso de los paquetes computacionales "Cockpit" y "Trace" desarrollados por dSPACE, lo cuales permiten la comunicación, la interacción, el monitoreo y el control del programa que se ejecuta en la tarjeta. Cockpit permite desarrollar interfaces gráficas para el ajuste y el monitoreo a tiempo real de parámetros del programa de control, así como variar su configuración durante su ejecución. Trace únicamente realiza funciones de adquisición de datos, leyendo las variables del programa de control permitiendo graficarlas y almacenarlas en archivos. El desarrollo de las experiencias prácticas para el análisis y estudio del péndulo permite al estudiante poner en práctica diferentes técnicas básicas de la teoría de control como lo son el modelado, la identificación y el análisis de sistemas lineales y no lineales, el diseño de reguladores y de controladores para seguimiento, el control no lineal y el control discreto dictados por el Departamento de Sistemas de Control. Los estudiantes podrán desarrollar diferentes experiencias haciendo uso de las prácticas desarrolladas para tal fin. El diseño de las prácticas incluye el texto de apoyo con una breve explicación del funcionamiento de la interface del Cockpit, el programa en C desarrollado para realizar las experiencias y la interfaz diseñada para esa aplicación. Al mismo tiempo se proponen una serie de actividades a desarrollar por el estudiante y una bibliografía de base sobre el tema tratado. Se diseñaron entonces, 8 prácticas que se encuentran documentadas en el Apéndice A.