Construccion y control de un sistema pendubot con un microcontrolador

´ Universidad Autonoma del Estado de Hidalgo ´ Instituto de Ciencias Basicas e Ingenier´ ıa

Construcci´n y Control de un Sistema Pendubot o Usando Un Microcontrolador Freescale DSP MC56F8367

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PARA OBTENER EL T´ ITULO DE Lic. en Ing. en Electr´nica y Telecomunicaciones o P R E S E N T A : P. de I. Pedro Lagos Eulogio

DIRECTOR DE TESIS: Dr. Norberto Hern´ndez Romeroa

Diciembre de 2009

Resumen
El PENDUBOT (PENDUlum roBOT) es un sistema mecatr´nico con o modelo matem´tico ca´tico y no lineal que se usa acad´micamente en a o e sistemas lineales y con fines de investigaci´n en sistemas de control no o lineal y rob´tica. El proyecto est´ enfocado a la construcci´n, instruo a o mentaci´n y control del PENDUBOT. El dispositivo para implemeno tar el controlcomputacional es un microcontrolador de Freescale DSP MC56F8367, una interfaz de potencia de 20 A. basada en MOSFETs y una interfaz gr´fica soportada en LabVIEW. Para la construcci´n a o del sistema mec´nico se usar´ un motor de c.d. de 100W, 2 encoders a a del tipo absoluto de 2000 pulsos por revoluci´n (ppr), dos eslabones o de aluminio y algunas bridas.

Contenido
Introducci´n o Objetivos .. . . . . . . . Objetivo General . . Objetivos Espec´ ıficos Justificaci´n . . . . . . . . o Estado del Arte . . . . . . Hip´tesis . . . . . . . . . . o 1 1 1 2 3 4 4 6 6 7 9 10 12 12 18 21 26 26 27 35 35 36 38 40

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1 Modelado Matem´tico a 1.1 Estrategias de Modelado . . . . . . . . . . . . . 1.2 Derivaci´n de los Par´metros . . . . . . . . . . o a 1.2.1 Brazo Principal . . . . . . . . . . . .. . 1.2.2 Brazo Secundario . . . . . . . . . . . . . 1.3 Derivaci´n del Modelo No-lineal . . . . . . . . . o 1.3.1 Ecuaciones Din´micas . . . . . . . . . . a 1.3.2 Ecuaciones de Estado . . . . . . . . . . . 1.3.3 Validaci´n del Modelo: comparado con el o 1.4 Linealizaci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 1.4.1 Aproximaci´n Te´rica . . . . . . . . . . o o 1.4.2 C´lculos . . . . . . . . . .. . . . . . . . a 2 Dise˜ o del Control por Retroalimentaci´n n o 2.1 Control de Subida . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Linealizaci´n Parcial . . . . . . . . o 2.1.2 Control PD . . . . . . . . . . . . . 2.2 Control de Equilibrio . . . . . . . . . . . . de . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . sistema real . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .

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CONTENIDO 3 Pruebas y Resultados 3.1 Prueba del Control de Subida . . . . . . . . 3.1.1 Resultados. . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Prueba del Control de Equilibrio . . . . . . 3.2.1 Perturbaci´n en el Brazo Principal . o 3.2.2 Perturbaci´n en el Brazo Secundario o 3.2.3 Resultado . . . . . . . . . . . . . . .

iv 45 45 47 48 49 50 51 53 53 56 60 60 65 66 66 67 67 68 72 76 76 80 80 83 85

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4 Conclusiones 4.1 Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Trabajos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ap´ndices e A Construcci´n de la Interfaz de Potencia o B Interfaz Gr´fica con Labview a B.1 Dise˜o de la Interfaz...