Diseño de un controlador por modo deslizante para un manipulador robótico angular de tres grados de libertad

Abstract

La presente tesis trata del diseño de un controlador no lineal multivariable mediante la estrategia de control por modo deslizante, aplicado a un manipulador robótico angular de tres grados de libertad; el cual se compone de una base giratoria y dos brazos o eslabones, cuyas posiciones angulares son sujetos de control a través de tres servomotores. El control por modo deslizante consiste en el empleo de acciones de control conmutadas o discontinuas, con una o varias superficies de deslizamiento, en donde una vez alcanzada dicha superficie el sistema entra en modo de deslizamiento y presenta características de invariabilidad en cuanto a incertidumbres y perturbaciones externas, haciendo que las trayectorias del brazo robot permanezcan sobre la superficie deslizante. El diseño del controlador del proceso se ha realizado partiendo del modelamiento dinámico mediante la formulación de Lagrange, la cual se basa en consideraciones energéticas. Del mismo modo se ha efectuado el modelado de los actuadores (motores DC), los cuales transforman la energía eléctrica en energía mecánica para generar movimiento. El controlador ha sido sometido a diferentes pruebas virtuales haciendo uso del software especializado Matlab. Para el contraste de los resultados obtenidos por el controlador por modo deslizante se ha tomado adicionalmente un controlador convencional como es el PID. De esta manera se llegó a comprobar la hipótesis planteada.

This thesis deals with the design of a multivariable nonlinear controller by means of the sliding mode control strategy, applied to an angular robotic manipulator with three degrees of freedom; which consists of a rotating base and two arms or links, whose angular positions are subject to control through three servomotors. Sliding mode control consists in the use of switching or discontinuous control actions, with one or more sliding surfaces, where once the surface is reached, the system enters in sliding mode and has characteristics of invariability in terms of. external uncertainties and disturbances, making the trajectories of the robot arm remain on the sliding surface. The design of the process controller was based on dynamic modeling using the Lagrange formulation, which is based on energy considerations. In the same way the modeling of the actuators (DC motors) has been carried out, which transform the electrical energy into mechanical energy to generate movement. The controller has been subjected to different virtual tests using the specialized software Matlab. For the contrast of the results obtained by the controller by sliding mode, a conventional controller such as the PID has been additionally taken. In this way, the hypothesis put forward was verified.