Diseño e implementación de un sistema de control no lineal multivariable por modo deslizante aplicado a un robot manipulador esférico de dos grados de libertad

Abstract

La presente tesis trata sobre el diseño e implementación de un controlador no lineal multivariable mediante el método de control por modo deslizante, aplicado a un robot manipulador esférico de dos grados de libertad (2DOF: 2 Degree-of-Freedoms). Este robot se compone de una base giratoria y un eslabón, cuyas posiciones angulares son sujetos de control. Las metas impuestas son: diseño, construcción y modelado del sistema. Diseño del controlador no lineal multivariable, simulación e implementación en tiempo real del sistema, controlado con la ley de control por modo deslizante. Esta ley de control emplea la realimentación no lineal discontinua en una superficie dada que pertenece la espacio de estado del sistema. Si una trayectoria de estado originada en esta superficie (como respuesta al comportamiento natural de la dinámica del sistema de lazo abierto) intenta desviarse de la misma, entonces actúa una fuerza de control que evita tal desviación. La simulación demuestra que las señales de control diseñadas, hacen que las salidas sigan eficientemente a las trayectorias de referencias arbitrarias. Asimismo los resultados experimentales demuestran que las salidas del sistema son capaces de seguir la evolución de trayectorias arbitrarias deseadas. El robot manipulador esférico usado en esta tesis fue construido e implementado, en las aulas de la Sección de Postgrado de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad Nacional de Ingeniería, siendo los gestores de este trabajo las siguientes personas: PhD. Arturo Rojas Moreno, MSc. Ronald Maravi Pinto e Ing. Edgardo Espinoza Malqui.

This thesis deals with design and implementation of a nonlinear multivariable control system, which employs the mode sliding methodology. Such a nonlinear control system is applied to a spherical robot manipulator of 2DOF (Two-Degreesof-Freedoms). This manipulator is composed of a DC servomotor with optical encoder that drives the rotary motion of the base of a metallic disk which is fixed to a metallic bar. Another DC servomotor with optical encoder is mounted on the free end of the bar and employed to drives the rotary motion of a metallic link. The goals imposed are: process modelling, design of a nonlineal multivariable control system, simulation, and real time implementation, controlled with the law of control by mode sliding. This control law uses the discontinuous nonlinear feedback in a given surface that it belongs the space of state of the system. If a state trajectory originated in this surface (as answer to the natural behavior of the dynamics of the system of open loop) tries to stray of the same one, then a control force that avoids such a deviation acts. The simulation demonstrates that the designed control signs, they make that the exits continue efficiently to the trajectories of arbitrary references. The experimental results demonstrate that the process outputs are capable of tracking desired trajectories. The spherical robot manipulator used in this thesis work was conceived, designed and constructed by the research team for control systems of the Graduate School of the Faculty of Electrical and Electronic Engineering of the Universidad Nacional de Ingeniería, the members of such a team are PhD. Arturo Rojas Moreno, MSc. Ronald Maravi Pinto and Ing. Edgardo Espinoza Malqui.