Evaluación del desempeño de dos algoritmos de control en tiempo real usando Arduino y FPGA. Caso de estudio: péndulo de Furuta
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...
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| Published: |
Universidad de Cuenca
2021
|
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| author | Alvarez Serrano, Ismael Mateo |
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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. |
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| spelling | oai:dspace.ucuenca.edu.ec:123456789-367022021-08-23T08:00:57Z Evaluación del desempeño de dos algoritmos de control en tiempo real usando Arduino y FPGA. Caso de estudio: péndulo de Furuta Alvarez Serrano, Ismael Mateo Astudillo Salinas, Darwin Fabián Electrónica Telecomunicación Algoritmos Programación informática 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. This paper is about the design and implementation of two control algorithms for a Furuta pendulum. The implementation of these control algorithms is being done on two embedded platforms based on the microcontroller Arduino and FPGA. In the first development phase of the work, a theoretical review of the control techniques applied to the pendulum (PID and states feedback) is done. In the second phase, the PID controller is designed and implemented. The calibration of its parameters is done through the trial-error heuristic technique. In the third phase, the controller of the states feedback is performed. This phase begins with the mathematical modeling of the system. Then, the model is validated with Matlab’s help. Once the model has been validated and parameterized, it is linearized, and the feedback vector is obtained with the Ackerman formula. Both controllers are implemented in the Arduino and FPGA embedded platforms. Data from the experiments that were done for these controllers are acquired by a National Instruments acquisition card. Matlab is used to interpret these data, where are digitized and the average error rates, average energy and total energy are calculated. After evaluating the results of the experiments, it is found that both control algorithms fulfill the objective of stabilizing the pendulum. When comparing the results for both the PID controller and the status feedback controller, their indices indicate that the best controlling embedded platform is the FPGA. To decide between which algorithm should be used to control the plant, the amount of technical information available must be considered first. Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones Cuenca 2021-08-18T22:44:13Z 2021-08-18T22:44:13Z 2021-08-18 bachelorThesis http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/36702 spa TET;113 Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internacional http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ openAccess application/pdf application/pdf Universidad de Cuenca |
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