Diseño e implementación de un algoritmo de control PID con ajuste de ganancias basados en lógica difusa para un péndulo invertido QUBE-Servo 3.

Abstract

En el presente trabajo, se plantea diseñar e implementar un algoritmo de control PID con ajuste de ganancias basado en lógica difusa para el péndulo invertido QUBE-Servo 3, esta propuesta surge en el contexto de una planta experimental académica de laboratorio, la cual presenta un alta no linealidad, inestabilidad inherente y se comporta como un sistema SIMO con una entrada (voltaje) y dos salidas (ángulo phi y ángulo theta). Controlar un péndulo invertido bajo estas condiciones representa un desafío significativo en el área de control, y es por ello que se busca encontrar la mejor forma de sintonizar el controlador para este sistema complejo. El primer paso en este proceso es la obtención del modelo matemático del péndulo invertido, lo que permite realizar simulaciones en el software Simulink. Estas simulaciones son fundamentales para llevar a cabo pruebas en lazo abierto y lazo cerrado, lo que a su vez permite verificar el comportamiento dinámico de las entradas y salidas de la planta, luego se procede al diseño de un controlador clásico PID, que servirá como base para la transformación adaptativa hacia un control avanzado con ajuste de ganancias mediante lógica difusa. La visualización de resultados se evidencia en el simulador 3D V Realm de Matlab, lo que proporciona una representación visual detallada del comportamiento del péndulo y contribuye a una comprensión más profunda del sistema. Posteriormente, se lleva a cabo la implementación del controlador avanzado en el péndulo invertido QUBE-Servo 3, este proceso se realiza mediante la integración de software enlazados y compatibles, como Simulink de Matlab, Microsoft Visual Studio y el software QUBE propio del péndulo invertido. Finalmente, se realiza una comparación exhaustiva y un análisis técnico entre las simulaciones realizadas y los resultados obtenidos en el entorno real, lo que permite validar la efectividad y precisión del algoritmo de control propuesto.