Aplicación de la optimización por enjambre de partículas a un diseño de controlador híbrido H/Modo Deslizante para el sistema de triple péndulo invertido
Autores: Shafeek, Yamama A.; Ali, Hazem I.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Aplicación de la optimización por enjambre de partículas a un diseño de controlador híbrido H/Modo Deslizante para el sistema de triple péndulo invertido
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Software
Palabras clave
Robótica
Ingeniería
Robots humanoides
Estrategias de control
Controlador robusto
Optimización por enjambre de partículas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
El campo de la robótica de ingeniería ha estado presenciando avances rápidos y ha estado ampliamente involucrado en nuestras vidas recientemente. Su aplicación ha permeado diversas áreas que van desde servicios domésticos hasta agricultura, industria, militar y atención médica. Los robots humanoides son dispositivos electromecánicos que están construidos a semejanza de humanos y tienen la capacidad de percibir su entorno y tomar acciones en consecuencia. El control de los humanoides se desglosa en lo siguiente: percepción y sensación, planificación de trayectorias, toma de decisiones, accionamiento conjunto, estabilidad y equilibrio. Para establecer y desarrollar estrategias de control para el accionamiento conjunto, estabilidad y equilibrio, se utiliza el péndulo invertido triple como referencia. Dado que la presencia de incertidumbre es inevitable en este sistema, surge la necesidad de desarrollar un controlador robusto. La robustez se logra a menudo a expensas del rendimiento. Por lo tanto, el diseño del controlador debe optimizarse en función del rendimiento del sistema de control resultante y del par requerido. La Optimización por Enjambre de Partículas (PSO) es un excelente algoritmo para encontrar óptimos globales, y puede ser de gran ayuda en la sintonización automática del diseño del controlador. Este documento presenta un controlador híbrido H/mode deslizante optimizado por el algoritmo PSO para controlar el sistema de péndulo invertido triple. El sistema de control desarrollado se prueba aplicándolo al sistema nominal, perturbado por variación de parámetros, perturbado por una perturbación externa y perturbado por ruido de medición. El error promedio en todos los casos es de 0.053 grados y el rango de esfuerzo de controlador constante es de 0.13 a 0.621 N.m con respecto a la amplitud. La robustez del sistema se proporciona mediante el controlador híbrido H/mode deslizante y la mejora del rendimiento y la eficiencia del sistema se logran mediante la optimización.
Descripción
El campo de la robótica de ingeniería ha estado presenciando avances rápidos y ha estado ampliamente involucrado en nuestras vidas recientemente. Su aplicación ha permeado diversas áreas que van desde servicios domésticos hasta agricultura, industria, militar y atención médica. Los robots humanoides son dispositivos electromecánicos que están construidos a semejanza de humanos y tienen la capacidad de percibir su entorno y tomar acciones en consecuencia. El control de los humanoides se desglosa en lo siguiente: percepción y sensación, planificación de trayectorias, toma de decisiones, accionamiento conjunto, estabilidad y equilibrio. Para establecer y desarrollar estrategias de control para el accionamiento conjunto, estabilidad y equilibrio, se utiliza el péndulo invertido triple como referencia. Dado que la presencia de incertidumbre es inevitable en este sistema, surge la necesidad de desarrollar un controlador robusto. La robustez se logra a menudo a expensas del rendimiento. Por lo tanto, el diseño del controlador debe optimizarse en función del rendimiento del sistema de control resultante y del par requerido. La Optimización por Enjambre de Partículas (PSO) es un excelente algoritmo para encontrar óptimos globales, y puede ser de gran ayuda en la sintonización automática del diseño del controlador. Este documento presenta un controlador híbrido H/mode deslizante optimizado por el algoritmo PSO para controlar el sistema de péndulo invertido triple. El sistema de control desarrollado se prueba aplicándolo al sistema nominal, perturbado por variación de parámetros, perturbado por una perturbación externa y perturbado por ruido de medición. El error promedio en todos los casos es de 0.053 grados y el rango de esfuerzo de controlador constante es de 0.13 a 0.621 N.m con respecto a la amplitud. La robustez del sistema se proporciona mediante el controlador híbrido H/mode deslizante y la mejora del rendimiento y la eficiencia del sistema se logran mediante la optimización.