Diseño, implementación y control de un péndulo invertido rotacional

Abstract

[ES] El péndulo invertido es un problema clásico de la teoría de control que consiste en un sistema subactuado cuya misión es mantener en equilibrio un péndulo mediante la acción deun motor. En este trabajo vamos a mostrar desde un punto de vista práctico cómo es un péndulo invertido y los problemas que alberga. Para ello hemos diseñado nuestro propio péndulo invertido el cual vamos a montar y analizar en profundidad. En primer lugar se ha hecho una simulación del mismo mediante Simscape Multibody y Simulink, y con el fin de estudiar su funcionamiento y sus limitaciones lo expondremos a seguimientos de referencias, perturbaciones y ruido. Por otro lado, hemos realizado una implementación física de este mismo péndulo, el cual se ha intentado que sea de pequeño tamaño y de bajo precio económicamente hablando. También se va a mostrar de forma detallada cómo se ha montado tanto la simulación como el péndulo real. Por último, se ha propuesto una segunda versión del péndulo invertido con el fin de facilitar su control y estabilización, la cual veremos tanto en simulación como en físico mediante ciertas modificaciones en el péndulo real.

[EN] The inverted pendulum is a classic problem of control theory that consists of an under-rated system whose mission is to maintain a pendulum in equilibrium through the action of a motor. In this work we will show from a practical point of view how an inverted pendulum is and the problems it harbors. For this we have designed our own inverted pendulum which we will assemble and analyze in depth. In the first place, a simulation has been done by means of Simscape Multibody and Simulink, and in order to study its operation and its limitations we will expose it to reference tracking, perturbations and noise. On the other hand, we have made a physical implementation of this same pendulum, which has been tried to be small and economically low price. It will also show in detail how both the simulation and the real pendulum have been mounted. Finally, a second version of the inverted pendulum has been proposed in order to facilitate its control and stabilization, which we will see both in simulation and in physics through certain modifications in the real pendulum.