Diseño e implementación de un control estimador lineal cuadrático para la estabilización de un sistema electrónico robótico balancín

Abstract

Este proyecto de grado se enfoca en mejorar la estabilización de un sistema electrónico robótico balancín mediante el diseño e implementación de un control estimador lineal cuadrático (LQE). El objetivo es lograr una respuesta de equilibrio más eficiente frente a perturbaciones y ruidos internos y externos, mejorando así el desempeño del robot equilibrista. Inicialmente, se diseña el diagrama de conexión de los elementos del sistema robótico y se realiza un análisis matemático del sistema de cuerpo libre aplicado a la planta. Se obtienen funciones diferenciales que describen su comportamiento dinámico, utilizando la lógica de Lagrange y análisis de fuerzas generalizadas y torque en el motor. Posteriormente, se representan estas ecuaciones en variables de estado y se linealizan en el punto de equilibrio mediante el jacobiano. Se lleva a cabo la simulación en lazo abierto del sistema no linealizado y linealizado, seguida del diseño del control mediante software de control numérico. Se realiza la identificación y diseño del control con parámetros sometidos a niveles de ruido y perturbaciones, aplicando el filtro de Kalman para disipar las inestabilidades en la simulación. Se desarrolla el código de programación para el funcionamiento del robot y se aplican las ganancias del controlador y el algoritmo del LQE. Se establece la comunicación del robot con la PC para la obtención de datos relevantes y se evalúa la eficiencia del LQE frente a diferentes valores de ruido y perturbaciones en la simulación.