Control Digital de un Péndulo Invertido Usando un Robot Controlado por Velocidad
Autores: Costanzo, Marco; Mazza, Raffaele; Natale, Ciro
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Control Digital de un Péndulo Invertido Usando un Robot Controlado por Velocidad
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Péndulo invertido
Problema de control
Implementación digital
Latencia
Compensación de fricción
Fase de impulso
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Este artículo de investigación aborda el problema de control de un péndulo invertido, también conocido como el péndulo Furuta, montado en un manipulador robótico controlado por velocidad en dos configuraciones: el péndulo rotatorio y el péndulo translacional. A diferencia de la mayoría de las arquitecturas de control existentes donde el motor que actúa en el movimiento del péndulo es controlado por torque, la arquitectura de control propuesta explota el bucle de velocidad interno que generalmente está disponible en los robots industriales, facilitando así la implementación de un péndulo invertido. Otro aspecto investigado en este artículo y que se pasa por alto en la literatura es la implementación digital del control y, específicamente, la latencia introducida por el controlador digital. La solución de control propuesta modela explícitamente tales efectos en la fase de diseño del control, mejorando el rendimiento del lazo cerrado. La novedad adicional introducida por este artículo es la compensación de fricción que es esencial en la fase de impulso del péndulo invertido, mientras que las estrategias de control clásicas para el impulso no lineal suelen descuidar este efecto, y sus soluciones conducen a fallos de control en sistemas prácticos. Este artículo presenta fases de modelado e identificación experimental detalladas seguidas del diseño de control tanto del algoritmo de impulso no lineal como del controlador de estabilización lineal, ambos validados experimentalmente en un brazo robótico Meca500 controlado a través de un protocolo de comunicación EtherCAT por una mini PC con un sistema operativo en tiempo real Xenomai. El sistema en su conjunto muestra el potencial de los sistemas de control digital de alto rendimiento en aplicaciones robóticas industriales.
Descripción
Este artículo de investigación aborda el problema de control de un péndulo invertido, también conocido como el péndulo Furuta, montado en un manipulador robótico controlado por velocidad en dos configuraciones: el péndulo rotatorio y el péndulo translacional. A diferencia de la mayoría de las arquitecturas de control existentes donde el motor que actúa en el movimiento del péndulo es controlado por torque, la arquitectura de control propuesta explota el bucle de velocidad interno que generalmente está disponible en los robots industriales, facilitando así la implementación de un péndulo invertido. Otro aspecto investigado en este artículo y que se pasa por alto en la literatura es la implementación digital del control y, específicamente, la latencia introducida por el controlador digital. La solución de control propuesta modela explícitamente tales efectos en la fase de diseño del control, mejorando el rendimiento del lazo cerrado. La novedad adicional introducida por este artículo es la compensación de fricción que es esencial en la fase de impulso del péndulo invertido, mientras que las estrategias de control clásicas para el impulso no lineal suelen descuidar este efecto, y sus soluciones conducen a fallos de control en sistemas prácticos. Este artículo presenta fases de modelado e identificación experimental detalladas seguidas del diseño de control tanto del algoritmo de impulso no lineal como del controlador de estabilización lineal, ambos validados experimentalmente en un brazo robótico Meca500 controlado a través de un protocolo de comunicación EtherCAT por una mini PC con un sistema operativo en tiempo real Xenomai. El sistema en su conjunto muestra el potencial de los sistemas de control digital de alto rendimiento en aplicaciones robóticas industriales.