Diseño e Implementación de un sistema de control por lógica difusa del tipo Takagi-sugeno aplicado a un prototipo de grúa-puente

Abstract

El presente Informe de Suficiencia busca describir completamente y en de¬talle el diseño y aplicación experimental de un controlador por Lógica Difusa del tipo Takagi-Sugeno, destinado a compensar las oscilaciones y controlar la posición de la carga en un prototipo a escala reducida de una grúa-puente de contenedores (containers). El prototipo utilizado fue desarrollado como parte de un proyecto de inves-tigación, financiado por el Instituto de Investigación de la Facultad de Ingeniería Mecánica [INIFIM] en el año 2004. La motivación de este proyecto era implementar sistemas de control inteligentes en una aplicación experimental que fuera de interés en el ámbito nacional; en este caso, la mejora sustancial de la eficiencia de nuestras operaciones portuarias. El proyecto fue ejecutado en su totalidad y fue puesto en marcha el mismo año, siendo el autor de este informe uno de los dos investigadores principales que llevaron a cabo el desarrollo del proyecto. Este informe de suficiencia corresponde a la investigación desarrollada durante este proyecto y tras la finalización de este. Este Informe de Suficiencia consta de cinco capítulos y está organizado de la siguiente forma: El capítulo 1 abarca la introducción a este Informe de Suficiencia. Se revisa- la literatura correspondiente con la automatización de las grúas y se indica la formulación del problema y los objetivos de este Informe de Suficiencia. El capítulo 2 es una introducción a la teoría de la Lógica Difusa. Se parte de los conceptos básicos de operaciones con conjuntos difusos y se van desarrollando los temas necesarios para presentar el modelo de inferencia difusa de Takagi- Sugeno. En el capítulo 3 se explica el desarrollo del modelo matemático basado en las ecuaciones dinámicas de Euler-Lagrange y su expresión en el espacio de estados. Se trata también la inclusión de los fenómenos no lineales principales: la fricción y la zona muerta del actuador. Finalmente se muestran los valores de los parámetros del modelo y una simulación de la respuesta en lazo abierto del modelo. El capítulo-4 expone el desarrollo del diseño del sistema de control, basado en un mecanismo doble de inferencia difusa del tipo Takagi-Sugeno, incluyendo un algoritmo compensador de la zona muerta para mejorar el desempeño del controlador. En este capítulo se presentan diversas simulaciones del sistema de control, las cuales se dividen en dos categorías: en tiempo continuo y en tiempo discreto, incluyendo la simulación de la discretización de los sensores, la influencia del período de muestreo y el efecto de la compensación de la zona muerta. El capítulo 5 muestra los resultados obtenidos durante la experimentación, en la que se realizaron diferentes pruebas para observar y mejorar el desempeño del controlador programado en el DSP. Las pruebas incluyen la experimentación con el compensador de la zona muerta, variaciones en la masa de la carga y en el controlador. 'Iras la exposición por capítulos, se presentan las conclusiones y recomen¬daciones de esta investigación, donde se proponen temas para investigaciones futuras. En los apéndices se incluye información relevante acerca de la implementación experimental para las pruebas en tiempo real del sistema de control, describiendo el prototipo, los sistemas del actuador, de los sensores y la configura¬ción de la tarjeta de control basada en el DSP TMS320F240. Se incluye también en los apéndices el proceso de identificación de parámetros en detalle, con in¬formación adicional correspondiente a la optimización por algoritmos genéticos. Finalmente, se anexan a este informe de suficiencia los programas desarrollados en MATLAB®, C y ASSEMBLER.