Controlador de velocidad angular para motor DC usando LQR
Este trabajo presenta el diseño de un sistema de control para un motor DC, combinando un controlador LQR para optimizar el desempeño mediante la minimización de una función de costo cuadrática y un filtro de Kalman para la estimación precisa de variables como velocidad y corriente. A través del mode...
- Autores:
-
Pita Ortiz, Manue Alejandro
Rincon Sandoval, Steve Daniel
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad de Ibagué
- Repositorio:
- Repositorio Universidad de Ibagué
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/4604
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/20.500.12313/4604
- Palabra clave:
- Motor DC - Velocidad Angular - Controlador
PID
Filtro Kalman
Control
LQR
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Este trabajo presenta el diseño de un sistema de control para un motor DC, combinando un controlador LQR para optimizar el desempeño mediante la minimización de una función de costo cuadrática y un filtro de Kalman para la estimación precisa de variables como velocidad y corriente. A través del modelado en espacio de estados, se implementó un control robusto, evaluado en diferentes rangos operativos. Los resultados muestran que el controlador LQR logró una respuesta estable, aunque con sobreimpulsos en velocidades bajas y cambios grandes de velocidad, mientras que el filtro de Kalman demostró alta precisión en la estimación de parámetros, incluso bajo ruido. Como mejora, se propone la interpolación de controladores para transiciones más suaves y un mejor desempeño global. Este enfoque destaca por su aplicabilidad a sistemas similares, ofreciendo soluciones efectivas en entornos industriales. |
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Barrero Mendoza, Oscar2d7e2643-9c20-40f0-a36b-4ecd5bf1e652600Pita Ortiz, Manue Alejandrobbe1e7cd-3945-465b-a4c9-cd8045bb0b58-1Rincon Sandoval, Steve Daniele1ac1609-dae1-4d37-bfc3-33bc21e375a9-1Fernandez Gallego, Jose Armando8d900ec2-ccd1-4f96-9fd8-5dec92e781946002024-12-11T20:37:43Z2024-12-11T20:37:43Z2023Este trabajo presenta el diseño de un sistema de control para un motor DC, combinando un controlador LQR para optimizar el desempeño mediante la minimización de una función de costo cuadrática y un filtro de Kalman para la estimación precisa de variables como velocidad y corriente. A través del modelado en espacio de estados, se implementó un control robusto, evaluado en diferentes rangos operativos. Los resultados muestran que el controlador LQR logró una respuesta estable, aunque con sobreimpulsos en velocidades bajas y cambios grandes de velocidad, mientras que el filtro de Kalman demostró alta precisión en la estimación de parámetros, incluso bajo ruido. Como mejora, se propone la interpolación de controladores para transiciones más suaves y un mejor desempeño global. Este enfoque destaca por su aplicabilidad a sistemas similares, ofreciendo soluciones efectivas en entornos industriales.This paper presents the design of a control system for a DC motor of a control system for a DC motor, combining a LQR controller to optimize performance by optimizing performance by minimizing a quadratic cost function and a Kalman filter for accurate and a Kalman filter for accurate estimation of variables such as speed and current. speed and current. Through state-space modeling, a robust control, evaluated by implemented a robust control, evaluated in different operating ranges. The results show that the LQR controller achieved a stable response, albeit with overshoot at low speeds. with overshoots at low speeds and large speed changes, while the Kalman filter demonstrated high the Kalman filter demonstrated high accuracy in parameter estimation, even at low noise, even under noise. As an improvement, interpolation of controllers is proposed for smoother transitions and better overall performance. This approach stands out applicability to similar systems, offering effective solutions in industrial environments.PregradoIngeniero electronico1. Introducción.....2 2. Objetivos.....3 2.1. Objetivo General.....3 2.2. Objetivos Específicos.....3 3. Marco de referencia.....3 3.1 Filtro de Kalman.....3 3.2 Control Óptimo.....5 3.3 LQR (Regulador Lineal Cuadrático).....5 3.4 Control Lineal Cuadrático Gaussiano (LQG).....7 3.5 Estimación de parámetros (Caja blanca, gris y negra) del motor.....8 3.5.1 Caja blanca.....8 3.5.2 Caja gris.....8 3.5.3 Caja negra.....8 3.6 Gain Scheduling (Programación de ganancias).....9 4. Metodología.....9 4.1 Modelo matemático en espacio de estado.....9 4.2 Parámetros del sistema y puntos de operación.....10 4.3 Parámetro KPWM.....11 4.4 Estimación de parámetros restantes.....13 4.5 Filtro de Kalman/Observador.....15 4.6 Controlador de velocidad LQR.....17 4.6.1 Controlador de operación velocidades bajas.....17 4.6.2 Controlador de operación velocidades medias.....17 4.6.3 Controlador de operación velocidades altas.....17 4.7 Implementación.....18 4.7.1 Interfaz de usuario en LabVIEW.....18 4.7.2 Interpolación en controladores.....22 4.7.2.1 Cambio a controlador para velocidades altas.....22 4.7.2.2 Cambio a controlador de velocidades medias.....23 4.7.2.3 Cambio lador de velocidades bajas.....24 4.7.3 Cambio entre velocidades de un mismo punto de operación.....25 4.7.3.1 Velocidades bajas.....25 4.7.3.2 Velocidades medias.....28 4.5.3.3 Velocidades altas.....31 5. Conclusiones.....34 6. Referencias bibliográficas.....3534 páginasapplication/pdfPita Ortiz, M. A., & Rincón Sandoval, S. D. (2023). Controlador de velocidad angular para motor DC usando LQR. [Trabajo de grado cliclo coterminal, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/4604https://hdl.handle.net/20.500.12313/4604spaUniversidad de IbaguéIngenieriaIbaguéIngenieria electronicaManuel, C. V. J. (2019, 20 junio). El filtro de Kalman. http://hdl.handle.net/2445/150978Jaimes, L. E. G., & Flórez, D. P. (2020). Diseño de un controlador lineal cuadrático gaussiano y un controlador autosintonizado por asignación de polos para el control del voltaje de un generador CD. IngenieríA, 26(1), 25-40. https://doi.org/10.14483/23448393.16719Aconcha, N. & Tovar, J. A. (2014). Aplicación del regulador lineal cuadrático óptimo al control de velocidad de un motor generador DC. Recuperado de: http://hdl.handle.net/20.500.11912/1032Nuñez, V., & Augusto, C. (2019). Implementación del filtro Kalman para el pronóstico de caudales en tiempo real para un tramo del río Magdalena.Bravo, S.G., & Scandolo, S.F. (2009). Desarrollo e implementación de filtros complementarios y filtro Kalman sobre sensores inerciales para determinar la posición angular de un vehículo aéreoRevista INGENIERÍA UC. (s/f). Redalyc.org. Recuperado el 20 de junio de 2024, de https://www.redalyc.org/pdf/707/70780105.pdfG. F. Franklin, J. D. Powell, and A. Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, 7th ed. Upper Saddle River, NJ, USA: Pearson, 2015B. D. O. Anderson and J. B. Moore, Optimal Control: Linear Quadratic Methods. Mineola, NY, USA: Dover Publications, 2007.Welch and G. Bishop, "An Introduction to the Kalman Filter," University of North Carolina at Chapel Hill, Department of Computer Science, 2001Thavlov, A., Bacher, P., & Madsen, H. (2010). Data for Energy Performance Analysis: Financed by The Danish Electricity Saving Trust. 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Ediciones Unibaguéinfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0)https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/Motor DC - Velocidad Angular - ControladorPIDFiltro KalmanControlLQRLQGEspacios de estadoPIDFilter KalmanControlLQRLQGState spaceControlador de velocidad angular para motor DC usando LQRTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TPinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionPublicationTEXTTrabajo de grado.pdf.txtTrabajo de grado.pdf.txtExtracted texttext/plain44684https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/91362f60-eded-44d1-84ed-0ecea05420f4/download046e21c055300705af577736a30beffbMD58Formato de autorización.pdf.txtFormato de autorización.pdf.txtExtracted texttext/plain3656https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/eb8b6867-f2cd-40d6-ac6a-112fc62706c0/download2b283f60ca7bb8a43c4b18a7beacd186MD510THUMBNAILTrabajo de grado.pdf.jpgTrabajo de grado.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg25029https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/e9a0bda2-0f8f-4be4-9f48-ed7b0dfc8e33/downloadfd1267d971768332426aeed6e90fb141MD59Formato de autorización.pdf.jpgFormato de autorización.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg23811https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/efbc4816-6a17-470c-aca5-67689761c29e/download79d8416b96b8401982dd7c3379757690MD511ORIGINALTrabajo de grado.pdfTrabajo de grado.pdfapplication/pdf3215569https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/5575ee23-e09a-400e-af7a-1ac8a1925fbb/downloada30eb983265a7fb1770c20354713ec72MD51Formato de autorización.pdfFormato de autorización.pdfapplication/pdf222217https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/fbe12538-3553-4bc0-a71e-1e627ff4db96/download6d490b4b5c052b1f262ae1d641ea3927MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8134https://repositorio.unibague.edu.co/bitstreams/90086bf0-8cb7-45b0-b2c3-6cf3c1fd5885/download2fa3e590786b9c0f3ceba1b9656b7ac3MD5320.500.12313/4604oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/46042025-08-13 01:09:31.865https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/https://repositorio.unibague.edu.coRepositorio Institucional Universidad de Ibaguébdigital@metabiblioteca.comQ3JlYXRpdmUgQ29tbW9ucyBBdHRyaWJ1dGlvbi1Ob25Db21tZXJjaWFsLU5vRGVyaXZhdGl2ZXMgNC4wIEludGVybmF0aW9uYWwgTGljZW5zZQ0KaHR0cHM6Ly9jcmVhdGl2ZWNvbW1vbnMub3JnL2xpY2Vuc2VzL2J5LW5jLW5kLzQuMC8= |