Comparación de estrategias de control óptimo y rechazo activo de disturbio en un sistema de péndulo rotacional invertido

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

This undergraduate thesis, developed within the LASER research group at Universidad Distrital Francisco José de Caldas, aims to compare the performance of optimal control strategies applied to a rotational inverted pendulum system, also known as the Furuta pendulum. For this purpose, the Qube Servo 3 equipment from the company QUANSER is used. The project begins with the theoretical study and modeling of the Furuta pendulum, followed by the analysis of the physical system provided by QUANSER. Then, optimal and active disturbance rejection control strategies are designed and simulated to maintain the pendulum in a vertical position: an optimal control with integral action based on a Linear Quadratic Regulator (LQR) and a Kalman filter, as well as an active disturbance rejection strategy using a disturbance estimator. Simulations are carried out in Matlab, and later the controllers are implemented on the real system using Matlab/Simulink. Finally, real-time data is collected to compare the simulated results with those obtained experimentally, allowing for an evaluation of each control strategy’s performance.

Descripción

Este trabajo de grado, desarrollado en el grupo de investigación LASER de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, tiene como objetivo comparar el desempeño de estrategias de control de tipo optimo aplicadas a un sistema de péndulo rotacional invertido o pendulo de Furuta. Para ello, se utiliza el equipo Qube Servo 3 de la empresa QUANSER. El proyecto inicia con el estudio teórico y modelado del péndulo de Furuta, seguido por el análisis del sistema físico del sistema real proporcionado por QUANSER. Luego, se diseñan y simulan los controles optimos y de rechazo activo al distrubio para mantener el péndulo en posición vertical: un control óptimo con acción integral basado en LQR y filtro de Kalman, y una estrategia de rechazo activo de disturbio mediante un estimador de disturbios. Las simulaciones se realizan en Matlab, posteriormente se implementan en el sistema real usando Matlab/Simulink. Finalmente, se recopilan datos en tiempo real para comparar los resultados simulados con los obtenidos experimentalmente, evaluando el rendimiento de cada estrategia de control.

Palabras clave

Pendulo, Furuta, Control, Control Optimo, Control Integral, LQR, LQG, ADRC

Materias

Ingeniería electrónica -- Tesis y disertaciones académicas

Citación