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Control global del péndulo con rueda de reacción mediante regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado

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Control global del péndulo con rueda de reacción mediante regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado
Fecha
2014-01-15
Autor(es)
Montoya-Giraldo, Oscar D.
Grisales-Noreña, Luis F.
Correa-Ramírez, Víctor D.
Giraldo-Buitrago, Didier
Publicador
Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM)

Citación

       
TY - GEN T1 - Control global del péndulo con rueda de reacción mediante regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado AU - Montoya-Giraldo, Oscar D. AU - Grisales-Noreña, Luis F. AU - Correa-Ramírez, Víctor D. AU - Giraldo-Buitrago, Didier Y1 - 2014-01-15 UR - http://hdl.handle.net/20.500.12622/939 AB - En este documento se presenta el diseño y la simulación de un controlador global para el péndulo invertido con rueda de reacción empleando métodos de regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado. La regulación de energía propuesta se fundamenta en la variación gradual de la energía del sistema para alcanzar la posición vertical invertida. La señal de entrada requerida se obtiene a partir de la aplicación del teorema de estabilidad de Lyapunov. El control por realimentación extendida de las variables de estado se emplea para obtener una función no lineal suave que extienda la región de operación del sistema en un rango mayor, en contraste con la realimentación estática de las variables de estado que se obtiene mediante métodos de linealización aproximada alrededor de un punto de operación. El controlador diseñado opera a partir de la conmutación de las señales de control dependiendo de la región de operación y para verificar su robustez y eficiencia se aplican perturbaciones en la señal de control y en las variables medidas. Finalmente las simulaciones y pruebas realizadas sobre el modelo del sistema físico, permiten observar la versatilidad y funcionalidad del controlador propuesto en toda la región de operación del péndulo. ER - @misc{20.500.12622_939, author = {Montoya-Giraldo Oscar D. and Grisales-Noreña Luis F. and Correa-Ramírez Víctor D. and Giraldo-Buitrago Didier}, title = {Control global del péndulo con rueda de reacción mediante regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado}, year = {2014-01-15}, abstract = {En este documento se presenta el diseño y la simulación de un controlador global para el péndulo invertido con rueda de reacción empleando métodos de regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado. La regulación de energía propuesta se fundamenta en la variación gradual de la energía del sistema para alcanzar la posición vertical invertida. La señal de entrada requerida se obtiene a partir de la aplicación del teorema de estabilidad de Lyapunov. El control por realimentación extendida de las variables de estado se emplea para obtener una función no lineal suave que extienda la región de operación del sistema en un rango mayor, en contraste con la realimentación estática de las variables de estado que se obtiene mediante métodos de linealización aproximada alrededor de un punto de operación. El controlador diseñado opera a partir de la conmutación de las señales de control dependiendo de la región de operación y para verificar su robustez y eficiencia se aplican perturbaciones en la señal de control y en las variables medidas. Finalmente las simulaciones y pruebas realizadas sobre el modelo del sistema físico, permiten observar la versatilidad y funcionalidad del controlador propuesto en toda la región de operación del péndulo.}, url = {http://hdl.handle.net/20.500.12622/939} }RT Generic T1 Control global del péndulo con rueda de reacción mediante regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado A1 Montoya-Giraldo, Oscar D. A1 Grisales-Noreña, Luis F. A1 Correa-Ramírez, Víctor D. A1 Giraldo-Buitrago, Didier YR 2014-01-15 LK http://hdl.handle.net/20.500.12622/939 AB En este documento se presenta el diseño y la simulación de un controlador global para el péndulo invertido con rueda de reacción empleando métodos de regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado. La regulación de energía propuesta se fundamenta en la variación gradual de la energía del sistema para alcanzar la posición vertical invertida. La señal de entrada requerida se obtiene a partir de la aplicación del teorema de estabilidad de Lyapunov. El control por realimentación extendida de las variables de estado se emplea para obtener una función no lineal suave que extienda la región de operación del sistema en un rango mayor, en contraste con la realimentación estática de las variables de estado que se obtiene mediante métodos de linealización aproximada alrededor de un punto de operación. El controlador diseñado opera a partir de la conmutación de las señales de control dependiendo de la región de operación y para verificar su robustez y eficiencia se aplican perturbaciones en la señal de control y en las variables medidas. Finalmente las simulaciones y pruebas realizadas sobre el modelo del sistema físico, permiten observar la versatilidad y funcionalidad del controlador propuesto en toda la región de operación del péndulo. OL Spanish (121)
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Resumen
En este documento se presenta el diseño y la simulación de un controlador global para el péndulo invertido con rueda de reacción empleando métodos de regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado. La regulación de energía propuesta se fundamenta en la variación gradual de la energía del sistema para alcanzar la posición vertical invertida. La señal de entrada requerida se obtiene a partir de la aplicación del teorema de estabilidad de Lyapunov. El control por realimentación extendida de las variables de estado se emplea para obtener una función no lineal suave que extienda la región de operación del sistema en un rango mayor, en contraste con la realimentación estática de las variables de estado que se obtiene mediante métodos de linealización aproximada alrededor de un punto de operación. El controlador diseñado opera a partir de la conmutación de las señales de control dependiendo de la región de operación y para verificar su robustez y eficiencia se aplican perturbaciones en la señal de control y en las variables medidas. Finalmente las simulaciones y pruebas realizadas sobre el modelo del sistema físico, permiten observar la versatilidad y funcionalidad del controlador propuesto en toda la región de operación del péndulo.
Abstract
This paper presents the design and simulation of a global controller for the Reaction Wheel Pendulum system using energy regulation and extended linearization methods for the state feedback. The proposed energy regulation is based on the gradual reduction of the energy of the system to reach the unstable equilibrium point. The signal input for this task is obtained from the Lyapunov stability theory. The extended state feedback controller design is used to get a smooth nonlinear function that extends the region of operation to a bigger range, in contrast with the static linear state feedback obtained through the method of approximate linearization around an operating point. The general designed controller operates with a switching between the two control signals depending upon the region of operation; perturbations are applied in the control signal and the (simulated) measured variables to verify the robustness and efficiency of the controller. Finally, simulations and tests using the model of the reaction wheel pendulum system, allow to observe the versatility and functionality of the proposed controller in the entire operation region of the pendulum.
Palabras clave
Control global por conmutación; linealización extendida; péndulo con rueda de reacción; regulación de energía; variables de estado
keywords
Switching global control; extended linearization; reaction wheel pendulum; energy regulation; state variables.
URI
http://hdl.handle.net/20.500.12622/939
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  • Vol. 17 Núm. 33 (2014) [11]

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