Diseño e implementación del control multivariable de un péndulo sobre carro con un grado de libertad

Universidad Nacional de QuilmesIngeniería en Automatización y Control Industrial

>Autor:

>Tutor:

Esteban Kemerer

Ing. Roberto Saco

Introducción Un problema concreto con

aplicación en la industria

MecánicaElectrónica

Control

Automatización

Física

Informática

Proceso de traslado de cargas con gruas puente.

Trasladar la carga con presición en el menor tiempo posible.

Pendulación de la carga Un cambio de velocidad del carro

trae consigo una variación en el movimiento pendular de la carga

Soluciones al Problema Inmovilizar en forma mecánica la

carga para que no pendule. Mover el carro a bajas

aceleraciones. Comandar inteligentemente el

carro observando el movimiento pendular que describe la carga.

Otras.

Costos y viabilidad de la solución

Control manual

Contemplarel carro y la carga

Pensar según laexperiencia

Comandar lagrúa

Control Automático

Medir y observarvariables del

proceso

Generar actuaciones en base

al conocimiento

Actuar sobre el motor

Objetivos de este proyecto Adquirir experiencia en la

programación en un sistema operativo en tiempo real.

Diseñar e implementar un control automático y manual de la posición del péndulo.

Diseñar y construir una maqueta económica que ponga de manifiesto el problema

Desarrollar software para la adquisición, control y supervisión del péndulo.

Un Modelo ¿Por qué la necesidad de buscar

un modelo? Simplicidad y complejidad. Robustez. Predicción.

MODELO

ENTRADAS

SALI

DA

S

PERTURBACION

Variables Relevantes La entrada es la fuerza aplicada al carro. Las salidas medidas son la posición del carro y del

péndulo. Las velocidades del carro y del péndulo son variables

internas no medidas.

MODELO

Posición del carro

Velocidad del carro

Posición angular de la carga

Velocidad angular de la carga

Modelo no lineal Planteando la ecuaciones de Newton

parados en el carro y en la carga.

Parámetros: M, m, ra, rc, g, L

Ajuste de parámetros GRUPO 1: parámetros medibles (m, M, L, g)

GRUPO 2: ajustados en respuesta libre (ra, L)

GRUPO 3: ajustados automáticamente aplicando actuación a la planta (rc,

Ku).

Grupo 2

Ajuste final

Señales del proceso En un sistema discreto se manejan señales

muestreadas. El período de muestreo elegido es el mínimo que

permite el sensor de posición. Este período de muestreo debe ser elegido de

manera tal que cumpla con el teorema de muestreo. T=20 ms. Expresamos el retardo del sistema en unidades

exactas del periodo de muestreo.

4

Modelos Modelo NO lineal Modelo Lineal Modelo Discreto Modelo Discreto con actuador incorporado.

Maqueta Sensores de posición.

Maqueta Fines de carrera.

Motoreductor y sistema de tracción.

Actuador PWM

Diagrama general de conexiones

Estrategia de control Realimentación de estados con acción

integral. Ajuste de K por el método LQR.

Observador de estados

Implementación Sistemas digitales

Procesadores Sistema operativo. Procesos Scheduling Hilos Comunicación y sincronización entre procesos. Tiempo real.

QNX Microkernel Desarrollo en C o C++ Mensajeria Send-Recieve RT y robustez garantizados Photon. QNX como una red.

Software

Proceso Principal

Servidor de datos RT

El mímico

Score Mide la performance en el traslado de la

carga. Se utiliza para el ajuste del controlador.

Exhibición Modos de funcionamiento. Inicialización del sistema. Traslado a lazo abierto (manualmente). Traslado a lazo cerrado (control automático).

Conclusiones QNX 6 es una buena plataforma para

implementar controles en RT. El control automático de oscilaciones

cumplió los objetivos satisfactoriamente. Se obtienen mejores respuestas utilizando

los estados observados. El retardo del sistema se representó de

una forma sencilla y con óptimos resultados.

FIN!!!