Diseño de un controlador inteligente para el sistema Ball And Beam

Abstract

El presente Informe de Suficiencia desarrolla el diseño de un controlador inteligente mediante la técnica de lógica difusa aplicado a un sistema no lineal Ball and Beam, el cual será llamado a lo largo de este informe como el sistema B&B. Este tipo de sistema es muy utilizado en aplicaciones académicas, la planta es linealizada sobre un punto de operación y se presenta la respuesta del sistema en lazo abierto. Se realiza el análisis de estabilidad, se diseña el control PD en lazo cerrado y un control difuso para el sistema linealizado, donde el control difuso hace la función de compensador para eliminar los efectos gravitacionales y otras dinámicas no modeladas. El control PD-Difuso para el sistema B&B, presenta un mínimo error en el estado estacionario, si comparamos con el control PD clásico, este presenta mayores errores en estado estacionario, con lo cual podemos concluir el buen desempeño de la técnica de control PD difuso, los resultados se reflejan en las simulaciones para la posición final de la esfera. Con la finalidad de cumplir con el propósito mencionado se ha dividido el informe en cinco capítulos que serán expuestos de la siguiente forma: En el Capítulo 1, denominado Introducción, indicamos los antecedentes, la justificación que nos llevó a realizar este trabajo y formulamos el problema de control. Así mismo, definimos los objetivos y alcances del informe. En el Capítulo 2, denominado Modelamiento de la Planta, se describe el modelamiento matemático del sistema B&B indicando las ecuaciones dinámicas mediante el desarrollo de las Ecuaciones de Lagrange, se presenta el sistema linealizado y además la respuesta del sistema en lazo abierto. En el Capítulo 3, denominado Diseño del Controlador Inteligente, se introducen los conceptos básicos de la lógica difusa, conjuntos difusos, sistemas difusos y el diseño del controlador PD y PD - Difuso que estabilizan al sistema en lazo cerrado. En el Capítulo 4, denominado Resultados de la Simulación, exponemos los resultados obtenidos al aplicar los algoritmos de control clásico y por lógica difusa en el sistema B&B para lo cual utilizamos el Toolbox Simulink del software Matlab. Se presentan las Conclusiones y Recomendaciones para investigaciones futuras. El apéndice A contiene las especificaciones técnicas para implementar en sistema B&B. Por último, queremos agregar que el desarrollo de este informe es una contribución al Laboratorio de la especialidad para que los estudiantes de pregrado puedan seguir profundizando sus conocimientos e implementen el control inteligente en tiempo real.