Diseño de control, simulación e implementación real de un prototipo de péndulo invertido de dos grados de libertad

Abstract

[ES] El control de un péndulo invertido es un problema clásico de la ingeniería de control, cuyo objetivo principal es estabilizar verticalmente una barra rígida (péndulo) enlazada en su extremo inferior por una junta rotativa o pivote a un elemento móvil. En este trabajo final de máster se propone una variación de este problema, permitiendo la rotación del péndulo sobre los dos ejes que forman el plano horizontal XY, añadiendo así un grado adicional de libertad al sistema clásico. El sistema se compone de un péndulo con capacidad de rotación sobre el eje X e Y, montado en el extremo de un mecanismo de 5 barras el cual es capaz de realizar movimiento de traslación en el plano. De esta manera, se puede compensar la dinámica del péndulo invertido mediante el movimiento de su base. Se trata de un prototipo de cierta dificultad en el control ya que es un sistema inestable, de fase no mínima y especialmente sensible a las perturbaciones externas. La realización de este proyecto implica la aplicación de conocimientos adquiridos durante el máster, tales como técnicas avanzadas de control, modelamiento de sistemas dinámicos, diseño CAD, simulación de sistemas dinámicos e implementación de control discreto en sistemas embebidos. El trabajo comenzará con el desarrollo de un modelo de simulación, empleando la librería Simscape Multibody de Matlab/Simulink, para estudiar su comportamiento y diseñar la estructura de control. En la segunda parte se implementará el prototipo real, empleando una tarjeta embebida de desarrollo ESP32 como dispositivo de control.