Performance comparison between PID and LQR control on a 2-wheel inverted pendulum robot

Controlador LQR y SMC Aplicado a Plataformas Pendulares

“…Con las matrices de estado, es posible realizar los clculos para los controladores ptimos LQR; esta tcnica de control parte del modelo dinmico de cada sistema, para obtener una matriz de realimentacin que minimice un indice de calidad energtico dado en [6], como se muestra en la ecuacin (6).…”

“…Los primeros controles que se implementaron en pndulos invertidos, fueron lazos de control clsico, tipo PID o realimentacin de estados, los cuales, al ser diseados sin criterios ptimos, generan ineficiencia y restringen su aplicacin a posiciones o condiciones especficas [5]. Con la ampliacin de las teoras de control modernas, el uso de controladores ptimos aumentaron la eficiencia de diferentes sistemas, incluyendo las estructuras pendulares; el controlador ptimo ms utilizado en la literatura es el controlador LQR (Linear Quadratic Regulator), este pondera heursticamente las variables de estado de un sistema [6], y usa constantes de realimentacin que minimizan al mximo el error presente en las seales controladas [7]; es comn que las variables a minimizar cuenten con un componente de ruido coloreado, que afecta el rendimiento del controlador; por esta razn, de manera alternativa se desarrolla el controlador LQG (Linear Quadratic Gaussian), en donde a partir del diseo de un Filtro de Kalman, se minimiza este ruido hasta el limite del ruido blanco, y se mejora el rendimiento del sistema [5]. Estas caractersticas han hecho que esta tcnica de control sea una de las ms utilizadas y documentadas para estructuras pendulares, sin embargo, no es la nica metodologa eficiente para ser implementada en pndulos; diferentes autores a lo largo de los ltimos aos han desarrollado nuevas tcnicas de control que permiten mejorar las aplicaciones en donde se involucren esta clase de estructuras [8], [9], [10].…”

“…El objetivo de la mayora de los trabajos relacionados, se enfoca en el desarrollo de las metodologas de control en un nico prototipo [9], [10], [11], [1], [8], [6], [5]; sin embargo, un anlisis comparativo del comportamiento de las tcnicas de control sobre diferentes plantas permite evaluar la factibilidad de la implementacin de controladores, teniendo en cuenta restricciones fsicas como la facilidad de medida de las variables de estado o el costo computacional relacionado con la velocidad de procesamiento del hardware donde se embebe el controlador. El enfoque de este trabajo es llevar a cabo la comparacin de las tcnicas de control LQR y SMC en dos diferentes prototipos, un pndulo rotatorio invertido de Quanser (RotPen), y una pndulo invertido mvil de Lego (NxtWay), buscando que los resultados del control sean genricos y sea posible hacer una comparacin, validando su implementacin en diferentes plantas ante una misma metodologa de control.…”

A Fuzzy LQR PID Control for a Two-Legged Wheel Robot with Uncertainties and Variant Height

“…When the TWIP robots work at a small pitch angle around the balancing point, some conventional linear control techniques such as PID control [8][9][10][11] and linear quadratic regulator (LQR) [8][9] [12][13][14][15][16] have been employed. However, when the robot operates in nonlinear regions with large pitch angles because of external disturbances, modeling errors, or internal maneuvers, the control performance of the linear control approaches will be degraded.…”

Robot Keseimbangan dengan Kendali PID dan Kalman Filter

“…Robot keseimbangan memiliki prinsip yang sama seperti pada sistem pendulum terbalik [6], robot bola [7], pendulum terbalik di kereta, dan roket [8]. Selain itu juga muncul alat transportasi yang menggunakan prinsip robot keseimbangan yaitu segways yang menggunakan energi listrik yang bebas polusi udara.…”