Diseño e implementación de un algoritmo de control predictivo basado en modelos MPC para un péndulo invertido QUBE-Servo Rotatorio.

Abstract

El péndulo invertido se destaca como uno de los desafíos más significativos y clásicos en la teoría del control. Su aplicabilidad en la vida cotidiana abarca desde el control de estabilidad en grúas hasta la concepción de vehículos de transporte humano, como el segway. Este desafío se centra en la gestión de un sistema inherentemente inestable y altamente no lineal. Para abordar este desafío, se utiliza el péndulo invertido Quanser QUBE - Servo 3, seguido de la linealización del modelo. Este proceso resulta en un sistema lineal en el espacio de estados alrededor de los valores de los estados en su posición invertida, logrado mediante la matriz jacobiana. Se exploran aspectos cruciales del sistema, como la estabilidad, la controlabilidad y la observabilidad. Una vez obtenido el modelo linealizado, se procede al diseño de varios controladores mediante retroalimentación de estados, estimación de estados y controladores óptimos, incluyendo el Control Predictivo Basado en Modelos (MPC). La implementación de estos controladores se lleva a cabo mediante simulaciones en el toolbox Simulink de MatLab y físicamente en el QUBE. Este péndulo invertido Quanser QUBE - Servo 3 se emplea con frecuencia como ejemplo en entornos académicos. Esto se debe, en parte, a su accesibilidad como sistema de control y, además, permite resaltar las diferencias fundamentales entre el sistema en lazo abierto y su estabilización en lazo cerrado.