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Evaluación del desempeño de dos algoritmos de control en tiempo real usando Arduino y FPGA. Caso de estudio: péndulo de Furuta

Abstract:

El presente trabajo consiste en el diseño y la implementación de dos algoritmos de control para un péndulo de Furuta. La implementación de estos algoritmos de control se lo realiza en dos plataformas embebidas basadas en el microcontrolador Arduino y en Field Programmable Gate Array (FPGA). En la primera fase del desarrollo del trabajo se realiza una revisión teórica de las técnicas de control aplicadas al péndulo (Proporcional Integral Derivativo (PID) y retroalimentación de estados). En la segunda fase, se diseña e implementa el controlador PID. La calibración de sus parámetros se lo realiza a través de la técnica heurística de prueba-error. En la tercera fase se realiza el controlador de retroalimentación de estados. Esta fase empieza con el modelamiento matemático del sistema. Luego se valida el modelo con la ayuda de Matlab. Una vez validado y parametrizado el modelo, se linealiza y se obtiene el vector de retroalimentación con la fórmula de Ackerman. Estos dos controladores son implementados en las plataformas embebidas Arduino y FPGA. Los datos de los experimentos realizados para estos controladores son adquiridos por medio de una tarjeta de adquisición de datos de National Instruments. Para la interpretación de estos datos, se utiliza Matlab, en donde se digitaliza y se calculan los índices de error promedio, energía promedio y energía total. Al evaluar los resultados de los experimentos realizados, se obtiene que los dos algoritmos de control cumplen con el objetivo de estabilizar al péndulo. Al comparar los resultados, tanto para el controlador PID como para el controlador de retroalimentación de estados, sus índices indican que la plataforma embebida que mejor controla es la FPGA. Al momento de decidir entre qué algoritmo utilizar para controlar la planta, se debe tener en cuenta la cantidad de información técnica disponible de la misma.