Estabilización de un balancín eólico de bajo costo mediante un contro-lador LQR con compensación gravitatoria: Resultados experimentales.

Resumen

En este trabajo de investigación se propone la construcción de una plataforma experimental para la investigación en el área de control, que consiste en un balancín eólico de bajo costo, que es manipulado mediante una tarjeta de desarrollo programable Arduino UNO. Se dice que su construcción es de bajo costo pues implica el uso de materiales y componentes reutilizados o son de fácil acceso. El problema central que aborda este proyecto se relaciona con el consumo elevado de energía en procesos industriales y que corresponde al uso de robots manipuladores, y en cómo reducir dicho consumo de energía por medio de la implementación de una ley de control no convencional. Por tanto, este trabajo de investigación propone la implementación de un filtro de Kalman, con el objetivo de atenuar el ruido inherente a mediciones, mismas que se asocian con la calidad de los sensores o su naturaleza no lineal. Así mismo propone un regulador cuadrático lineal con compensación gravitatoria (LQR+G) para estabilizar al sistema alrededor de un punto de operación arbitrario controlable. Dicha estrategia realiza una realimentación linealizante, que contrarresta los efectos gravitatorios, lo cual permite la aplicación de un realimentación de estado, que es sintetizada mediante el cálculo variacional y da lugar al regulador cuadrático lineal, mismo que está sujeto a un índice de desempeño cuadrático que es minimizado para penalizar el consumo de energía y la convergencia del estado. La aplicación conjunta de estos términos compensa el efecto no lineal asociado a la fuerza de gravedad y regula la posición minimizando el consumo de energía. Los beneficios que promete la síntesis de este controlador se validan mediante un estudio comparativo, en donde se evalúan y comparan las señales de error del control LQR+G, contra las de un controlador PID que es sintonizado mediante una asignación de polos.