Diseño y simulación de un sistema subactuado: péndulo invertido traslacional configurable (2006)
El presente informe enmarca las etapas de diseño que se han llevado a cabo para el desarrollo del proyecto de iniciación a la investigación que se expone. La concatenación de capítulos que se propone, se hace con el fin de organizar la extensa información obtenida y generada a lo largo del proceso, pero es claro que este es iterativo y que la conclusión de muchos capítulos son el resultado de la sobre posición en el tiempo de diversas etapas. En el capitulo dos se hace el modelado de las plantas péndulo invertido simple y doble, donde se tienen en cuenta no linealidades que son seleccionadas a partir de catálogos luego de la etapa de diseño detallado y se hace una validación rápida del comportamiento del sistema. El capitulo de planeacion del producto, tiene como principal objetivo dar a conocer el planteamiento del mismo, donde se asumen premisas y restricciones que serán tenidas en cuenta a lo largo del proyecto. El capitulo cuatro esta dedicado a la etapa de desarrollo conceptual, en ella se establecen las necesidades del cliente, y con estas siguiendo una metodología estructurada de diseño, se obtienen las especificaciones preliminares del sistema a diseñar, que enmarcan desde el punto de vista técnico todas las necesidades obtenidas, haciéndolas medibles o tangibles para el equipo de diseño. Con base en estas métricas y con un modelo de caja negra del sistema, donde de forma muy básica, se describe el funcionamiento de la planta, se entra a la fase de generación y selección de conceptos donde a partir de tecnologías disponibles se obtiene un concepto del sistema. El capitulo cinco aborda la etapa de diseño a nivel de sistema. Primero se establece la arquitectura del producto, hallando las interacciones que pueden afectar el diseño, para luego pasar a establecer la dominación del diseño industrial del mismo, etapa que precede y determina decisiones tomadas durante el diseño para manufactura, donde se toma la decisión de la disposición final del sistema El capitulo seis se dedica al diseño detallado del UMS, en este se hace referencia al diseño mecánico y al tipo de circuitos eléctricos que se usaran en el desarrollo del equipo, teniendo en cuenta para esto los resultados obtenidos a partir del control del sistema. Solo hasta este momento se establecen dimensiones y se asignan los materiales finales con los que se va a construir el prototipo físico. El capitulo siete se presenta el diseño de controladores para las dos configuraciones que tendrá el UMS. En primera instancia se adicionan al modelo obtenido en el capitulo dos el actuador seleccionado. El diseño de controladores para el sistema péndulo simple, contempla controladores por realimentación del estado diseñado a través del control óptimo cuadrático LQR, control por modos deslizantes y una estrategia conmutada para el levantamiento del sistema. El sistema péndulo invertido doble es controlado en la zona lineal (± 20º) por un regulador LQR por realimentación del estado. Finalmente en el capitulo ocho se describe el diseño del prototipo virtual, para el cual se tienen en cuenta los capítulos mencionados anteriormente. En un primera instancia se sigue una metodología de POO (programación orientada a objetos), esto con el fin de realizar un bosquejo del comportamiento requerido así como encontrar un modo eficiente de implementar el software. Por ultimo se describen las principales características de la implementación del prototipo en un programa orientado a eventos como lo es Visual Basic, con su herramienta DirectX. En los anexos del trabajo se presenta el código utilizado