Péndulo de Furuta con control LQR y PID como herramienta pedagógica para el laboratorio de sistemas dinámicos e ingeniería de control

Cabrera Montaña, Camilo Andres; Torres Angarita, Estefany Melissa

Péndulo de Furuta con control LQR y PID como herramienta pedagógica para el laboratorio de sistemas dinámicos e ingeniería de control

dc.contributor.advisor	Borras Pinilla, Carlos
dc.contributor.advisor	Esteban Villegas, Helio Esteban
dc.contributor.author	Cabrera Montaña, Camilo Andres
dc.contributor.author	Torres Angarita, Estefany Melissa
dc.contributor.evaluator	Quiroga Mendez, Jabid Eduardo
dc.contributor.evaluator	Rios Diaz, Yennifer Yuliana
dc.date.accessioned	2023-11-14T14:17:07Z
dc.date.available	2023-11-14T14:17:07Z
dc.date.created	2023-11-11
dc.date.issued	2023-11-11
dc.description.abstract	La ingeniería de control, fundamental en la optimización y automatización de procesos industriales, ha impulsado avances como el Segway, ejemplificando el uso del péndulo invertido o "péndulo de Furuta". Sin embargo, la formación académica se ve desafiada cuando los estudiantes no disponen de herramientas prácticas para comprender conceptos teóricos. Respondiendo a esta necesidad, el presente trabajo propuso el desarrollo de un péndulo invertido rotacional como instrumento pedagógico para la Universidad Industrial de Santander. A través del método Euler-Lagrange, se modeló matemáticamente el sistema, obteniendo una similitud superior al 70% en comparación con el sistema real. Se implementaron controladores PID y LQR, aunque para la obtención de las ganancias se tuvieron que hacer una serie de simplificaciones, el control resultó exitoso y se logró el objetivo de controlar el péndulo en su punto de equilibrio inestable ayudado por el balanceo que otorga la incorporación de un bloque de control swing-up. En la aplicación al modelo no lineal, el LQR presentó una respuesta más rápida en términos de tiempo de establecimiento, pero con un sobrepaso mayor que el PID. En la aplicación real, ambos controladores mostraron eficacia, aunque el LQR demostró superioridad en respuesta a perturbaciones. Este estudio no solo logra integrar teoría y práctica en la formación académica, sino que también ofrece una base sólida para futuras investigaciones en técnicas de control y sus aplicaciones en sistemas similares. Es indispensable que las instituciones educativas equipen a los estudiantes con herramientas pedagógicas eficientes, y este péndulo invertido rotacional sirve como un ejemplo pedagógico de cómo se puede lograr dicho objetivo.
dc.description.abstractenglish	Control engineering, fundamental in the optimization and automation of industrial processes, has propelled advancements such as the Segway, exemplifying the use of the inverted pendulum or "Furuta pendulum". However, academic training is challenged when students do not have practical tools to understand theoretical concepts. Responding to this need, the present work proposed the development of a rotational inverted pendulum as a pedagogical tool for the Universidad Industrial de Santander. Through the Euler-Lagrange method, the system was mathematically modeled, achieving a similarity of more than 70% compared to the real system. PID and LQR controllers were implemented, and although a series of simplifications had to be made to obtain the gains, the control was successful, and the objective of controlling the pendulum at its unstable equilibrium point was achieved, aided by the balancing provided by the incorporation of a swing-up control block. In the application to the nonlinear model, the LQR showed a faster response in terms of settling time but with a larger overshoot than the PID. In real-world application, both controllers demonstrated effectiveness, although the LQR exhibited superiority in response to disturbances. This study not only succeeds in integrating theory and practice in academic training, but also provides a solid foundation for future research on control techniques and their applications in similar systems. It is imperative that educational institutions equip students with efficient pedagogical tools, and this rotational inverted pendulum serves as a pedagogical example of how that goal can be achieved.
dc.description.degreelevel	Pregrado
dc.description.degreename	Ingeniero Mecánico
dc.format.mimetype	application/msword
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/15293
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.program	Ingeniería Mecánica
dc.publisher.school	Escuela de Ingeniería Mecánica
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrights	info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Péndulo de Furuta
dc.subject	Control
dc.subject	PID
dc.subject	LQR
dc.subject	Swing-Up
dc.subject.keyword	Furuta pendulum
dc.subject.keyword	Control
dc.subject.keyword	PID
dc.subject.keyword	LQR
dc.subject.keyword	Swing-Up
dc.title	Péndulo de Furuta con control LQR y PID como herramienta pedagógica para el laboratorio de sistemas dinámicos e ingeniería de control
dc.title.english	Furuta pendulum with LQR and PID control as a pedagogical tool for the dynamic systems and control engineering laboratory
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado