Péndulo invertido controlado con técnicas de tiempo real: desarrollo del controlador vía campo de datos

Abstract

Un péndulo invertido es un dispositivo que consiste en una barra cilíndrica con libertad de oscilar alrededor de un pivot fijo, está montado sobre un carro que sigue una trayectoria horizontal. El objetivo es mantener el péndulo perpendicular a la trayectoria del carro ante la presencia de perturbaciones en el sistema; el sistema corrige la posición angular del péndulo desplazando el carro con un sistema de banda-motor, según una acción de control calculada. El controlador implementado para el sistema fue desarrollado mediante la técnica de espacio de estados a partir del modelo maten ático y simulado en Matlab obteniendo sus ganancias, las mismas que sirven para modificar el comportamiento del sistema. El sistema de control está divido en dos, una parte de monitoreo de datos o HMI y otra de adquisición de datos y control. El sistema de adquisición de datos está montado en 4 nodos controlados por Arduinos dentro de una red CAN; el nodo 0 o nodo central tiene la tarea de recibir datos desde la red, procesarlos y tomar una acci´on de control; tambi´en tiene la importante tarea de servir de enlace entre la HMI y el resto de la red. El nodo 1, adquiere el dato de posición del carro y la envía al nodo 2; ´este a su vez toma el dato del ´ángulo del péndulo y lo envía al nodo 0. El nodo 4 en conjunto con un puente H toma la acción de control enviada desde el nodo 0 y la convierte en voltaje el cual controla el motor enlazado al carro. El sistema de monitoreo o HMI desarrollada en PyCharm muestra los datos provenientes de la red, como la posición y velocidad del carro y del péndulo. Desde la HMI se controla la red de comunicaciones y se puede enviar datos de ganancias para el controlador en el nodo central.