Diseño y control en tiempo real del sistema subactuado pendubot

Abstract

Los sistemas mecánicos subactuados son aquellos que poseen menos entradas de control que grados de libertad, a su vez también están dentro de la clasificación de sistemas no lineales, los cuales no poseen métodos generales disponibles que resuelvan todas las clases de sistemas no lineales. Es así que existen diversos sistemas subactuados, que permiten desarrollar y poner a prueba diversas técnicas de control, con la finalidad de controlar y estabilizar un sistema no lineal en un punto de operación. Uno de estos sistemas subactuados es el denominado "Pendubot”, el cual para el desarrollo de la presente tesis fue diseñado y construido, basado únicamente en el concepto de la bibliografía existente. En la presente tesis se presenta un control de balanceo que incluye el método de linealización parcial por realimentación y el control de estabilización LQR (Linear- Quadratic Regulator), con la finalidad de obtener una estrategia de control al problema del sistema subactuados Pendubot. La presente tesis se ha organizado en 5 capítulos cuyo contenido es el siguiente: El capítulo I presenta una introducción a esta tesis con los antecedentes, el planteamiento del problema, el objetivo, la justificación, los alcances y las limitaciones.El capítulo II expone el modelamiento matemático del sistema no lineal Pendubot y el análisis de los puntos de equilibrio susceptibles de controlar para el modelo lineal. El capítulo III trata del control no lineal necesario para desarrollar la estrategia de control, describiendo al balanceo y la estabilización como parte de la estrategia a implementar. El capítulo IV presenta los equipos y dispositivos empleados, así como también los programas que permitieron el desarrollo de la estrategia de control. Se presentan aspectos generales de las partes que comprenden el diseño mecánico para la construcción del mecanismo subactuado Pendubot. El capítulo V describe el procedimiento y los algoritmos de empleados en la implementación de los controladores de balanceo y estabilización, asimismo presenta los resultados experimentales y algunas sugerencias para trabajos futuros. Finalmente se presentan las conclusiones. El apéndice A presenta el código empleado en Matlab para realizar las simulaciones del sistema de control del Pendubot. El apéndice B muestra algunas de las características de la tarjeta PCIe 6363, empleada en la lectura de posiciones y velocidades angulares. En el Apéndice C se presentan algunas características de la tarjeta de control EPOS2 50/5, empleada para el control del motor.