Tesis
Control inteligente de un péndulo invertido y su implementación sobre FPGA
Fecha
2014-03-20Autor
Flores Cortés, Andrés
Institución
Resumen
Resumen
El objetivo del control automático es construir un sistema tal que ciertas variables de interés de una planta o un proceso tenga un comportamiento deseado, mediante la manipulación de sus variables de entrada, bajos perturbaciones externas e internas. La variable de interés es conocida como variable controlada mientras que el comportamiento deseado para ésta es determinado por una variable llamada entrada de referencia o bien, mediante un modelo de referencia.
El estudio de sistemas y procesos se ha verificado desde varios puntos de vista como son: físicos, matemáticos, ingenieriles y otros campos. Dada su importancia de estudio existen varias técnicas para su control, cada una con diferentes estructuras de control. En esta investigación se considera la estrategia de control basada en la experiencia humana para el desarrollo de controladores difusos.
La lógica difusa y la teoría de conjuntos difusos son el resultado de una amplia comprensión de problemas prácticos de control y acciones de control, ejecutados por operadores humanos, los cuales no habrían podido ser interpretados correctamente mediante el uso de lógica combinatoria o los métodos convencionales del control automático.
El péndulo invertido es conocido como un típico sistema no lineal y ha sido ampliamente estudiado debido a sus características, como son: no linealidad, inestabilidad, fase no mínima, etc., lo cual hace de tal sistema muy conveniente para la prueba de técnicas y esquemas de control.
El objetivo de la presente Tesis de Maestría es el diseño y la descripción de un Controlador Digital Difuso en Lenguajes de Descripción de Hardware y su implementación en un FPGA con la meta final de estabilizar el Sistema Subactuado tipo Péndulo Invertido.
Un objetivo extra del presente proyecto, fue también equipar al Laboratorio de Robótica y Mecatrónica del Centro de Investigación en Computación con un Sistema Péndulo Invertido tipo Carro Péndulo Robusto con el objetivo de que próximas generaciones de compañeros de maestría y doctorado pueden aplicar diversas técnicas y esquemas de control y contribuir con esta línea de investigación.
Abstract
The objective of the automatic control is to develop a control system in order to obtain a desired behavior of the process or plant; by manipulation of its input variables, under external or internal perturbations. The variable of interest is known as controlled variable and its desired behavior is determinate by an input variable known as reference either by a reference model.
The study of processes and systems has been verified from several points of view such as: physics, mathematics, engineering and other areas. Given its importance of study there are different techniques for its control, each one with different control structures. In this research a strategy of control based on human experience is considered for development of fuzzy controller.
Fuzzy logic and fuzzy sets theory are the result of a broad understanding of practical problems and control actions, executed by human operators. Those problems would not been interpreting correctly by the use of combinatorial logic either automatic control conventional methods.
Inverted pendulum is known as a typical non lineal system and has been studied amply because its features such as: non linearity, instability, non-minimal phase, etc. that make such system very convenient for the test of control techniques and schemes of nonlinear control.
The objective of the present Master Thesis is the design and description of a Fuzzy Logic Controller in Hardware Description Languages and its implementation on a FPGA in order to the stabilization of the under actuated system inverted pendulum.
A plus objective of the present work, was also to equip Lab of Robotics and Mechatronics of Centro de Investigación en Computación with a Robust system Inverted Pendulum aiming to next generations of master and PhD students can apply several techniques and control schemes and in this way give a contribution in this line of investigation.