Diseño e implementación de un sistema de control no lineal adoptivo multivariable aplicado a un manipulador robótico transnacional de 2DOF

Abstract

La presente tesis trata sobre el control de posición y trayectoria de un manipulador robótico translacional multivariable de 2DOF (Two-Degrees-of-Freedoms), el cual consiste de un móvil montado sobre un par de rieles a lo largo del eje horizontal, y un brazo articulado a un servomotor fijo sobre el móvil. Este servomotor maneja el movimiento rotacional del brazo. El otro servomotor es articulado a una de las dos poleas. Estas poleas usa una faja para transmitir la fuerza para manejar el movimiento deslizante del móvil. Este manipulador robótico no lineal será controlado mediante un Sistema de Control Adaptivo por Modelo Referencial. El objetivo de control es controlar si¬multáneamente la posición translacional del móvil y la posición angular del brazo, el cual es libre de rotar en cualquier dirección. Los objetivos impuesto en esta tesis son: modelado, simulación e implementación en tiempo real del Sistemas de Control Adaptivo por Modelo de Referencia (MRACS: Model Reference Adaptive Control System). Un MRACS esta principalmente compuesta de cuatro partes: el modelo refe¬rencia!, el controlador adaptivo, el proceso a ser controlado, y el mecanismo de adaptación. El modelo referencial, el cual es excitado por una entrada externa r(t), es un sistema dinámico auxiliar usado para especificar las respuestas de¬seadas del proceso. Tales respuestas deben ser alcanzadas por el MRACS a pesar de las restricciones generadas por el modelo inexacto de la estructura del modelo referencial así como del modelo del proceso. La ley de adaptación es la relación entre el error e, el cual es la diferencia entre las salidas del modelo referencial y la de los procesos, y su correspondiente vector de parámetros estimados 0. El meca¬nismo de adaptación es un conjunto de bloques interconectados empleados para implementar la ley de adaptación. De hecho, la ley de adaptación es un algoritmo de control usado para modificar los parámetros del controlador adaptivo de tal manera que MRACS permanece estable y el error de seguimiento converja a cero en presencia de cambios en los parámetros del proceso y disturbios externos. Los resultados de simulación y experimental demuestran que el sistema MRACS diseñado, es capaz de hacer que las salidas controladas del proceso sigan trayec¬torias de referencia arbitrarias. El manipulador robótico translacional usado en este trabajo de tesis fue conce¬bido, diseñado y construido por un equipo de investigación en sistemas de control de la Escuela de Graduados de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Los miembros del equipo son el Profesor Arturo Rojas Moreno, y los estudiantes de postgrado Percey Castillo Casanova y Ricardo Rodríguez Bustinza.

This thesis work deals with the position and trajectory control of a multivariable translational robotic manipulator of 2DOF (2-Degrees-of-Freedoms), which con-sists of a cart mounted on a pair of rails along the horizontal axes, and a link articulated to a servomotor fixed on the cart. Such a servomotor drives the rotary motion of the link. Another servomotor is articulated to one of two pulleys. This pulley uses a cable to transmit the forcé that drives the sliding motion of the cart. Such a nonlinear robotic manipulator will be controlled by means of a model reference adaptive control system. The control objective is to control simulta-neously the translational position of the cart and the angular position of the link, which is free of rotating in any direction. The goals imposed in this thesis are: modelling, simulation, and real-time implementation of the model reference adaptive control system (MRACS). A MRACS is mainly composed of four parts: the reference model, the adaptive controller, the process to be controlled, and the adaptation mechanism. The ref¬erence model, which is excited by an externa! input r(í), is an auxiliary dynamic system used to specify the desired process responses. Such responses should be chievable for the MRACS despite the restrictions generated by inaccurate mod-elling of the structure of both, the reference model and the procesa model. The adaptation law is the relation between the error e, which is the difference between the outputs of the reference model and those of the process, and the corresponding estimated parameter vector 9. The adaptation mechanism is a set of interconnect-ed blocks employed to implement the adaptation law. As a matter of fact, the adaptation law is the control algorithm used to modify the parameters of the adaptive controller such that the MRACS remains atable and the tracking error converges to zero in the presence of changing process parameters and externa! disturbances. Simulation and experimental results demonstrate that the designed MRACS is capable of making the controlled outputs of the process track arbitrary reference trajectories. The translational robotic manipulator used in this thesis work was conceived, designed and constructed by the research team for control systems of the Gradú¬ate School of the Faculty of Electrical and Electronic Engineering. The members of such a team are Professor Arturo Rojas Moreno, and gradúate students Percey Castillo Casanova and Ricardo Rodríguez Bustinza.