Diseño e implementación de tres esquemas de control: PID, LQR y Modos Deslizantes para la estabilización del péndulo invertido sobre dos ruedas de Lego Mindstorms con aplicación de un planificador de rutas mediante el algoritmo RRT

Villacrés Betancourt, Juan Fernando
Viscaíno Sarango, Michelle Estefanía

2016-11-08T22:56:32Z

T-IE/4356/CD 7386
Villacrés Betancourt, J. F., & Viscaíno Sarango, M. E. (2016). Diseño e implementación de tres esquemas de control: PID, LQR y Modos Deslizantes para la estabilización del péndulo invertido sobre dos ruedas de Lego Mindstorms con aplicación de un planificador de rutas mediante el algoritmo RRT. 127 hojas. Quito : EPN.

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The aim of this work is to design and implement control algorithms to stabilize a nonlinear dynamic, multivariable and unstable system represented by two-wheeled inverted pendulum (TWIP). Furthermore, a path-planning is applying to move the TWIP from an initial point to final point. The algorithms control designed are able to keep the robot in its equilibrium point while moving. The TWIP is built with Lego Mindstorms NXT. First, three control algorithms: PID, Linear-quadratic Regulator and Sliding Mode Control are implemented in order to stabilize the robot. The algorithms are compared in terms of capacity rejection of disturbances, model uncertainties and changes reference system variables, based on results one of three controllers is selected. Then, the controller selected is using to implement a path-planning based on a Rapidly-exploring Random Tree (RRT) algorithm. The points of the path-planning are sent from a computer channel via Bluetooth.

Herrera Garzón, Marco Antonio, director

El objetivo de este trabajo consiste es diseñar e implementar algoritmos de control para estabilizar un sistema con una dinámica no lineal, multivariable e inestable representado por el péndulo invertido sobre dos ruedas (TWIP, por sus siglas en inglés), además aplicar un planificador de rutas para que el TWIP pueda desplazarse desde un punto de partida a un punto de llegada. Consiguiendo de esta manera que los algoritmos de control diseñados sean capaces de mantener al robot en su posición de equilibrio mientras se desplaza. El TWIP fue construido en base al kit robótico educacional Lego Mindstorms NXT. Para lograr estabilizar al robot, en primer lugar, se implementan tres algoritmos de control: PID, el Regulador Cuadrático Lineal y control por Modos Deslizantes. Los algoritmos se comparan en términos de capacidad de rechazo ante perturbaciones, incertidumbres del modelo y cambios de referencia de las variables del sistema y en base a los resultados se selecciona el controlador que mejor satisfaga los requerimientos del sistema. Posteriormente empleando el algoritmo seleccionado se implementa un planificador de rutas basado en el algoritmo de árbol de exploración rápida (RRT por sus siglas en inglés). Los puntos de la ruta planificada se envían a través del canal Bluetooth desde un ordenador.

ROBOTICA; CONTROL AUTOMATICO; ALGORITMOS;