Diseño de un controlador para un péndulo invertido
: figuras, tablas
- Autores:
-
Arias Sánchez, Eduardo José
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.utp.edu.co:11059/16141
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11059/16141
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- Palabra clave:
- 620 - Ingeniería y operaciones afines
2. Ingeniería y Tecnología::2B. Ingenierías Eléctrica, Electrónica e Informática::2B01. Ingeniería eléctrica y electrónica
Control PID
Control LQR
Péndulo invertido
Simulación
ODS 4: Educación de calidad. Garantizar una educación inclusiva y equitativa de calidad y promover oportunidades de aprendizaje permanente para todos
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Diseño de un controlador para un péndulo invertido 620 - Ingeniería y operaciones afines 2. Ingeniería y Tecnología::2B. Ingenierías Eléctrica, Electrónica e Informática::2B01. Ingeniería eléctrica y electrónica Control PID Control LQR Péndulo invertido Simulación ODS 4: Educación de calidad. Garantizar una educación inclusiva y equitativa de calidad y promover oportunidades de aprendizaje permanente para todos |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessGiraldo-Suarez, Eduardovirtual::178-1Arias Sánchez, Eduardo José2025-07-21T14:39:30Z2025-07-21T14:39:30Z2025https://hdl.handle.net/11059/16141Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/home: figuras, tablasEste proyecto aborda el diseño, implementación y validación de controladores para estabilizar un sistema de péndulo invertido. El trabajo compara dos enfoques de control: un controlador PID combinado con un controlador en espacio de estado (SS) para la posición del carro, y un controlador LQR (Regulador Linea Cuadrático). El sistema se modela mediante una representación en espacio de estados, y se evalúa el desempeño de ambos controladores a través de simulaciones en MATLAB/Simulink y pruebas físicas utilizando una implementación basada en Arduino. Los resultados muestran que ambos controladores estabilizan el sistema, pero el LQR destaca por su mejor respuesta ante perturbaciones grandes...1 Introduccion 5 1.1 Definicion del problema -- 5 1.2 Justificacion --6 1.3 Objetivos -- 7 1.3.1 Objetivo general -- 7 1.3.2 Objetivos espec ́ıficos -- 7 1.4 Estado del arte -- 7 1.5 Organizacion del documento -- 8 2 Modelado del sistema 9 2.1 P ́endulo Invertido -- 9 2.2 Modelo matematico -- 10 2.3 Sistema f ́ısico -- 12 3 Diseno del controlador 14 3.1 Controlador PID -- 14 3.2 Controlador LQR -- 16 4 Resultados Obtenidos 19 4.1 Simulacion en MATLAB/Simulink -- 19 4.1.1 Respuesta PID+SS -- 19 4.1.2 Respuesta LQR -- 20 4.1.3 Comparacion PID+SS vs. LQR -- 21 4.2 Implementacion fisica 24 4.2.1 Funcionamiento como P ́endulo Invertido -- 24 4.2.2 Funcionamiento como Puente Grua -- 26 5 Conclusiones 30PregradoIngeniero(a) Electricista33 páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería EléctricaFacultad de IngenieríasPereira620 - Ingeniería y operaciones afines2. Ingeniería y Tecnología::2B. Ingenierías Eléctrica, Electrónica e Informática::2B01. Ingeniería eléctrica y electrónicaControl PIDControl LQRPéndulo invertidoSimulaciónODS 4: Educación de calidad. Garantizar una educación inclusiva y equitativa de calidad y promover oportunidades de aprendizaje permanente para todosDiseño de un controlador para un péndulo invertidoTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisPereira, Risaralda, Colombia[Aracil and Gordillo, 2005] Aracil, J. and Gordillo, F. (2005). El p ́endulo in- vertido: un desaf ́ıo para el control no lineal. Revista Iberoamericana de au- tomatica e inform ́ atica industrial ́ , 2(2):8–19.[Astr ̊ om and Furuta, 2000] ̈ Astr ̊ om, K. J. and Furuta, K. (2000). Swinging up ̈ a pendulum by energy control. Automatica, 36(2):287–295.[Baghelani et al., 2025] Baghelani, E., Teshnehlab, M., and Roshanian, J. (2025). A novel combination of fuzzy pid and deep neural controller in feedback-error-learning framework. Chaos, Solitons Fractals, 194:116250.[Bishop, 2011] Bishop, R. C. D. R. H. (2011). Modern control systems.[Camargo et al., 2011] Camargo, J. M., Camacho, F. A. A., and Acevedo, A. F. ́ (2011). Controller design for an inverted pendulum using nonlinear model diseno de controlador para un p ̃ ́endulo invertido mediante modelo no lineal.[Chacko and Abraham, 2023] Chacko, S. J. and Abraham, R. J. (2023). On lqr controller design for an inverted pendulum stabilization. International Journal of Dynamics and Control, 11(4):1584–1592.[Franco, 2020] Franco, L. A. M. (2020). Diseno de un controlador lqr para un ̃ p ́endulo invertido sobre un carro modelado por el m ́etodo de euler-lagrange.[Giraldo Buitrago and Giraldo Suarez, 2009a] ́ Giraldo Buitrago, D. and Gi- raldo Suarez, E. (2009a). ́ Sistemas dinamicos ́ . Universidad Tecnologica de ́ Pereira.[Giraldo Buitrago and Giraldo Suarez, 2009b] ́ Giraldo Buitrago, D. and Gi- raldo Suarez, E. (2009b). ́ Teor ́ıa de control analogo ́ . Universidad Tecnologica ́ de Pereira.[Guti ́errez Fr ́ıas, 2010] Guti ́errez Fr ́ıas, O. O. (2010). Diseno de controladores ̃ para sistemas subactuados del tipo p ́endulo invertido.[Kaynov, 2009] Kaynov, D. (2009). Open motion control architecture for hu- manoid robots. PhD thesis, Universidad Carlos III de Madrid.[Ogata, 2003] Ogata, K. (2003). Ingenier ́ıa de Control Moderna. Pearson Edu- cation.[Ponce, 2022] Ponce, I. (2022). Estabilizacion del carro p ́ ́endulo invertido apli- cando control optimo no lineal variante en tiempo. ́ Instituto de Ingenier ́ıa y Tecnolog ́ıa.[Putra et al., 2025] Putra, L. G. B., Wahab, F., and Tamba, T. A. (2025). Design and implementation of linear quadratic regulator control for two-wheeled self-balancing robot. 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In 2008 IEEE Pacific-Asia Workshop on Computational Intelligence and Industrial Application, volume 1, pages 100–103.Comunidad académica y científica, Estudiantes, Docentes, InvestigadoresPublication0000-0002-6228-2731virtual::178-1496d4f64-7a65-4d7c-ab08-7cc92ed36fcevirtual::178-1496d4f64-7a65-4d7c-ab08-7cc92ed36fcevirtual::178-1ORIGINALTrabajo de grado.pdfTrabajo de grado.pdfapplication/pdf3042033https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/a38fdf33-6164-4eeb-afd6-7bceffd3e9d5/download0a93d841b9faac10f16360d715d3d8a9MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-815543https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/1ed18fdb-d40e-4b0d-aee2-57ce5883c024/download73a5432e0b76442b22b026844140d683MD52THUMBNAILImagen5.pngimage/png51074https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/0084a69e-42f3-4d84-8872-58ef37428fc7/downloade7853d6dd60aa30a07ea4cedb65672b0MD53Trabajo de grado.pdf.jpgTrabajo de grado.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg7312https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/60468a54-76de-4f9c-8789-96f1b331f2bd/download9f5d2133f36b7363ebfd2ac97cadb419MD55TEXTTrabajo de grado.pdf.txtTrabajo de grado.pdf.txtExtracted texttext/plain40584https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/2614c735-b7f7-4c7b-8406-aa4d9d11d72b/downloadc1541dd740c0bbd07c79f4cbfa248a66MD5411059/16141oai:repositorio.utp.edu.co:11059/161412025-07-22 05:00:46.646https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónopen.accesshttps://repositorio.utp.edu.coRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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