Implementación en tiempo real de un sistema de control neuro-difuso para el péndulo invertido

Abstract

Este artículo presenta el procedimiento de diseño e implementación de un controlador difuso TKS (Takagi-Kosko-Sugeno) que emplea la técnica de sintonía ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System). La metodología desarrollada se aplica a un caso clásico de estudio, pero de características particularmente atractivas para poner a prueba cualquier tipo de controlador: el Sistema Péndulo Invertido (SPI). El SPI comprende una varilla unida por uno de sus extremos a un pivote montado sobre un carro que se desplaza en línea recta sobre rieles. El objetivo de control es mantener la varilla en posición vertical mediante una fuerza aplicada al carro. El procedimiento de diseño requiere de: el modelado del SPI, la selección de una estrategia de control según las variables de entrada/salida del modelo, la selección de la estrategia de control conforme a los tipos de lazos de control sobre las variables, y, el diseño del controlador difuso usando ANFIS para optimizar su rendimiento. Luego de simulado el sistema, la implementación en tiempo real se realiza usando una interfaz HWISW (Hardware/Software). El software de control está escrito en C++. Los resultados experimentales obtenidos validan el procedimiento de diseño desarrollado.

This paper presents the design and implementation procedure of a Fuzzy Logic Controller ( FLC) of the type Takagi-Sugeno-Kahn (TSK) using ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy lnference System) tuning. The developed control methodology is applied to a classic benchmark, but with attractive particular characteristics to proof the controller: The lnverted Pendulum System (IPS), which consists of a pole mounted on pivot point of a movable cart. The motion of the cart on a pair of rails is intended to hold the pole in a vertical position. The design procedure starts with the modeling of the ISP, followed by setting up the control strategy that takes into account the I/O variables of the dynamic model. After identifying the type of control loops and variables, we shall perform the design of the Fuzzy Logic Controller (FLC) using ANFIS tuning to optimize the controfler performance. Finally, already verified through simulation, the JPS is implemented using a HWISW (Hardware/Software) controller interface, employing programs written in C/ C++ code. Experimental results will validate the design procedure depicted above.