On balancing control strategies for a reaction wheel pendulum

Bapiraju, B.; Srinivas, K.N.; Kumar, Prabhat; Behera, Laxmidhar

doi:10.1109/indico.2004.1497738

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“…Para modelar este sistema físico, múltiples autores han propuesto diversas metodologías, dentro de las que se destacan la mecánica de LaGrange y los modelos de Newton [15], [16]. En este trabajo se toma como referencia, el modelo presentado en [2], el cual da origen a las expresiones (2) y (3).…”

Section: Figura 1 Modelo Bidimensional Del Rwpunclassified

“…Modelo matemático simplificado para RE Para aplicar el controlador por LEVE, será considera el modelo descrito en (7). Sin embargo, para realizar el entrenamiento de la RNA que realizará el balance del sistema, hasta alcanzar la posición vertical superior, se realiza un modelo conocido como regulación de los estados energéticos, que ha sido ampliamente utilizado en la literatura especializada [6], [12] y [16]- [24]. La idea básica del modelo de RE, es plantear un modelo que haga la energía total almacenada igual a cero en el punto de operación deseado y que se regule a través de la acción gradual de una señal de la aplicación de una señal de control que cumpla con este propósito.…”

Section: Figura 1 Modelo Bidimensional Del Rwpunclassified

“…Donde se pueden identificar las matrices A , B y C mostradas en (16). La matriz de controlabilidad asociada a este modelo se define como (22).…”

Section: A Método De Linealización Aproximadaunclassified

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Control Global del Péndulo con Rueda de Reacción Empleado Redes Neuronales Artificiales y Linealización Extendida

2017

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Resumen-En este artículo se presenta el diseño y la simulación de un controlador híbrido de dos etapas para el péndulo invertido con rueda de reacción (RWP). En la primera fase se realiza el modelado general del brazo pendular a través de un modelo no lineal que determina la energía almacenada en la planta, y usando una estrategia de balance conocida como regulación de energía (RE), se obtienen los datos necesarios para el entrenamiento de una red neuronal artificial (RNA). En la segunda etapa, por medio de un sistema de conmutación suave, se intercambia el control neuronal por un controlador basado en la linealización extendida de las variables de estado (LEVE), con lo cual se garantiza la permanencia del péndulo en la región de operación. La estrategia de control propuesta, muestra un excelente desempeño ante fenómenos de perturbación externa y garantiza la operatividad global del sistema físico. Palabras clave-Control global, Conmutación suave, Linealización extendida, Modelos energéticos, Redes Neuronales Artificiales.Abstract-In this paper describes the design and simulation of a two-stage hybrid controller for the inverted reaction wheel pendulum (RWP) is presented. In the first stage, the general pendulum arm modeling is performed through a nonlinear model to determine the stored energy in the plant, and using a strategy known as swing up energy regulation, the data required for the training of an artificial neural network are obtained. In the second stage, via a soft switching system, neuronal control is exchanged by a controller based on the extended linearization of the state variables, whereby the permanence of the pendulum in the region of operation is guaranteed. The control strategy proposed shows excellent performance against external disturbance phenomena and ensures the overall operation of the physical system.

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Section: Figura 1 Modelo Bidimensional Del Rwpunclassified

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Control Global del Péndulo con Rueda de Reacción Empleado Redes Neuronales Artificiales y Linealización Extendida

2017

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“…El control difuso para el péndulo invertido ha sido ampliamente implementado con resultados satisfactorios, tanto simulados como prácticos, recientemente, para el péndulo con rueda de reacción se pueden mencionar trabajos como [6], en el que los autores implementan un controla-dor difuso local con base en el error y la derivada del error en el ángulo del péndulo (desviación de la posición cero), la señal de control se define con base en una memoria asociativa difusa. En [7] se consideran varios modelos del sistema y dentro de las estrategias de control local implementadas los autores muestran resultados experimentales y de simulación de un controlador difuso. Se puede resaltar del actual trabajo la idea de seguir una trayectoria en todo el rango de operación, con lo que el control no es local.…”

Section: Introductionunclassified

Control difuso del péndulo invertido con rueda de reacción usando seguimiento de trayectoria

Correa-Ramírez

Giraldo-Buitrago

Escobar-Mejía

2017

TecnoL.

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En este trabajo se presenta el diseño de un controlador difuso Takagi-Sugeno (T-S), con un esquema de seguimiento de trayectoria para el sistema conocido como péndulo con rueda de reacción. A partir del modelo de estados no lineal, se definen los puntos de operación donde el sistema funcionará y se aplica la técnica de linealización por no linealidad sectorial con el fin de implementar reguladores lineales locales. Con los modelos linealizados reducidos y con base en las características dinámicas deseadas de lazo cerrado, se diseñan los reguladores locales que, al ser combinados, usando las funciones de pertenencia del modelo difuso, generan la señal de control global que contiene dos términos: el regulador y el seguimiento simple de la referencia. El controlador difuso propuesto logra llevar el péndulo desde su posición de equilibrio natural a la posición invertida de forma gradual, con oscilaciones de amplitud creciente y con mínimo error de seguimiento. Cuando el péndulo alcanza la posición deseada invertida, se usa un regulador sobre el modelo linealizado completo alrededor del punto de operación. Los resultados de simulación muestran el seguimiento de la trayectoria angular (del péndulo) y el desempeño del controlador ante pequeñas perturbaciones. La señal de control y la velocidad angular de la rueda son presentadas con el fin de verificar que se mantienen dentro de los límites de operación establecidos. Si bien se presenta saturación en la señal de control, se obtiene un error de seguimiento menor a 0,22 radianes.

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“…Los autores de [11] presentan en 2004 el desarrollo de controladores mediante tres métodos de linealización para la región de operación, se emplean la linealización aproximada de las variables de estado, la disyunción del modelo no lineal del sistema para obtener dos modelos separados con dinámicas lineales y no lineales. Un tercer modelo se desarrolla con base en la reducción de orden del modelo inicial del sistema y por último, para lograr la ubicación del sistema alrededor de la región de operación, se utiliza un controlador difuso.…”

Section: Introductionunclassified

Control global del péndulo con rueda de reacción mediante regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado

Montoya

Grisales-Noreña

Correa-Ramírez

et al. 2014

TecnoL.

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En este documento se presenta el diseño y la simulación de un controlador global para el péndulo invertido con rueda de reacción empleando métodos de regulación de energía y linealización extendida de las variables de estado. La regulación de energía propuesta se fundamenta en la variación gradual de la energía del sistema para alcanzar la posición vertical invertida. La señal de entrada requerida se obtiene a partir de la aplicación del teorema de estabilidad de Lyapunov. El control por realimentación extendida de las variables de estado se emplea para obtener una función no lineal suave que extienda la región de operación del sistema en un rango mayor, en contraste con la realimentación estática de las variables de estado que se obtiene mediante métodos de linealización aproximada alrededor de un punto de operación. El controlador diseñado opera a partir de la conmutación de las señales de control dependiendo de la región de operación y para verificar su robustez y eficiencia se aplican perturbaciones en la señal de control y en las variables medidas. Finalmente las simulaciones y pruebas realizadas sobre el modelo del sistema físico, permiten observar la versatilidad y funcionalidad del controlador propuesto en toda la región de operación del péndulo.

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On balancing control strategies for a reaction wheel pendulum

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Control Global del Péndulo con Rueda de Reacción Empleado Redes Neuronales Artificiales y Linealización Extendida

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