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T1 Realización, análisis y diseño de un sistema de control para un péndulo invertido experimental
A1 Barroso Varo, José
A2 Ingeniería en AutomáticaElectrónica, Arquitectura y Redes de Computadores
AB En el presente proyecto se va a realizar el an´alisis y estudio del modelo matem´atico de un p´endulo invertido con un motor de corriente continua como actuador.Posteriormente, se dise˜nar´a un sistema de control mediante un m´etodo anal´ıtico para laplanta en cuesti´on. Finalmente, se dimensionar´a y construir´a la planta y se implementar´a un control experimental que consiga estabilizar al sistema en lazo cerrado y tengaunas prestaciones satisfactorias desde el punto de vista de la respuesta temporal. Losresultados ser´an comparados con los obtenidos en la simulaci´on con el control anal´ıtico.Tras un an´alisis del diagrama de cuerpo libre del sistema p´endulo invertido seobtendr´an las ecuaciones que definen la din´amica del conjunto. Estas ecuaciones ser´anlinealizadas para el punto de operaci´on en el cual se desea estabilizar la planta. Porsimplicidad, el an´alisis del actuador se realizar´a por separado. Ambos sistemas estar´anrelacionados por el torque, o el par aplicado por el motor, y el radio de la rueda dentadaque acople el motor con la correa del carro del p´endulo invertido simple.Para poder realizar las simulaciones del modelo obtenido y analizar los resultados,ser´a necesario obtener los par´ametros caracter´ısticos de la planta. Para ello, se va adise˜nar la planta en un software de dise˜no 3D y posteriormente se imprimir´an laspiezas estructurales mediante tecnolog´ıa FDM1. Una vez se tenga la planta construidase podr´a caracterizar y obtener los par´ametros para realizar las simulaciones y suposterior control.Para estabilizar la planta en simulaci´on se dise˜nar´a un sistema de control mediante una t´ecnica anal´ıtica. Esta t´ecnica consistir´a en realizar el control a partir de larealimentaci´on del vector de estados, en concreto un control tipo LQR2. En el dise˜node dicho controlador se supondr´a que se tiene un modelo de la planta preciso y quetodas las variables de estados son medibles por los correspondientes sensores.Aunque se haya realizado un an´alisis del sistema y se hayan obtenido las ecuaciones de la din´amica del sistema con los par´ametros de la planta real, esto solo es unaaproximaci´on para el dise˜no de un controlador y que dar´a buenos resultados en simulaci´on. La planta tendr´a incertidumbres no modeladas y perturbaciones no consideradasen el dise˜no, las cuales podr´an llevar al sistema a un comportamiento no deseado oincluso a la inestabilidad. Teniendo en cuenta las perturbaciones e incertidumbres demodelado del sistema, es posible que el control LQR no sea v´alido en la planta real.Es por ello que el dise˜no del sistema de control de la planta real se realizar´a de formaemp´ırica o experimentalmente con un proceso iterativo variando las constantes de uncontrol tipo PID aplicando los conocimientos adquiridos para un ajuste manual.El objetivo final del trabajo ser´a obtener una planta p´endulo invertido apoyadosobre un carro que se desplaza sobre unos rieles y actuado por un motor de corriente continua. El algoritmo de control ser´a desarrollado en el software de procesamiento matem´atico Matlab/Simulink. Dicho algoritmo de control ser´a implementado posteriormente en una Raspberry Pi 4B [15]. Este dispositivo cuenta con una serie de entradasy salidas digitales que junto a su procesador ARM Cortex-A72 hacen posible procesarlas medidas de los sensores, ejecutar de forma aut´onoma el algoritmo de control entiempo real y generar la se˜nal de control necesaria para estabilizar el sistema.
YR 2022
FD 2022
LK http://hdl.handle.net/10498/36717
UL http://hdl.handle.net/10498/36717
LA spa
DS Repositorio Institucional de la Universidad de Cádiz
RD 10-may-2026