ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
CENTRO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA
PÉNDULO INVERTIDO USANDO CONTROLADOR POLOLU
Yuliana Cevallos Suárez, Israel España Mayalita, Pablo Enrique Ortega, Carlos Valdivieso Armendáriz
Facultad de Ingeniería en Electricidad y Computación
Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)
Campus Gustavo Galindo, Km 30.5 Vía Perimetral, Apartado 09-01-5863. Guayaquil, Ecuador ycevallo@espol.edu.ec, isedespa@espol.edu.ec eportega@espol.edu.ec, cvaldiviv@espol.edu.ec
Resumen
En el presente proyecto se realiza la construcción de un Péndulo Invertido usando un controlador Pololu y programación mediante el software Visual Studio4. El principal objetivo es el estudio y aplicación del modelo matemático de este sistema que puede ser utilizado para analizar sistemas más complejos, cuyos modelos son similares al del
Péndulo Invertido.
La estructura para la dinámica del sistema se la construyó en acrílico. El movimiento se lo realiza mediante dos motores pequeños manejados con un controlador PID para lograr el equilibrio del sistema. El desarrollo de este proyecto es importante para demostrar la aplicación del control moderno en la identificación de modelos matemáticos ya que el
Péndulo Invertido es un modelo clásico de control.
Abstract
This project is about the construction of an Inverted Pendulum using a Pololu controller and using Visual Studio4 as programming software. The main objective is the study and application of the mathematical model in this system that can be used to analyze more complex systems, whose models are similar to the inverted pendulum.
The structure for the dynamic of this system was built in acrylic. The movement was performed by two small motors with a PID controller for the system’s balance. The development of this project is an important application of modern control in the identification of mathematical models because the Inverted Pendulum is a classic control model. 1. Introducción
Nuestro proyecto tiene como objetivo la
Construcción de un Péndulo Invertido [1], usando un controlador Pololu [5], poniendo en práctica los conceptos fundamentales del Control Automático
Moderno. Uno de ellos, el controlador PID. Se usará el software AVR Studio4 [4], con lenguaje de programación C para el desarrollo de los algoritmos del proyecto.
Al finalizar el proyecto presentaremos conclusiones y propondremos recomendaciones que serán útiles para el desarrollo de futuros proyectos relacionados con el péndulo invertido.
FIGURA 1. Ambiente de programación de AVR
STUDIO4
2.2 Herramientas de Hardware
2.2.1Baby Orangután B-328
2. Fundamento teórico
Describiremos cada uno de los elementos que son utilizados para el desarrollo de nuestro proyecto. La herramienta de Software es AVR Studio4 [4], y entre nuestras principales herramientas de
Hardware tenemos; el controlador Pololu Baby
Orangután B-328 [8], programador Pololu USB
AVR [7], 2 Micro Metal Gearmotor 30:1 [9] y el
Memsic Dual-Axis Accelerometer [10].
2.1 Herramientas de Software
Este es el controlador Pololu que usaremos para el desarrollo de nuestro Péndulo Invertido, el cual recibirá y enviará señales a todos los demás elementos utilizados. Por lo tanto, dicha herramienta de hardware es la más importante para el desarrollo de nuestro proyecto.
Es un controlador muy completo que además es una solución eficaz y eficiente para nosotros en cuanto a su tamaño como podemos apreciar en la figura 2. El ser compacto, es una característica de suma importancia para la estructura de nuestro proyecto ya que necesitamos que sea lo más liviana posible para que tenga una dinámica eficiente.
2.1.1 Avr Studio4
Es una herramienta de desarrollo para aplicaciones de Atmel AVR, la cual; nos permite realizar una programación C/C++ y utilizar código ensamblador.
Entre sus características principales podemos destacar que posee un depurador que nos permite controlar la ejecución del programa y nos brinda apoyo durante la programación.
En la figura 1 a continuación, observamos las subdivisiones de la ventana al momento de programar, la parte remarcada en rojo nos muestra la sección donde se detalla si la programación contiene errores o no; y así, proceder a realizar las debidas correcciones, mientras que en la parte superior remarcada con negro observamos el despliegue del código que vamos escribiendo.
FIGURA 2. Vista general del Baby
Orangután B-328
2.2.2 Programador Pololu USB AVR
Este dispositivo nos permite realizar la programación del controlador a través de comunicación ISP. La energía que utiliza para funcionar proviene de un ordenador personal que es conectado a través de un mini cable USB, tal como se observa en la figura 3.
2.2.4 Memsic Dual-Axis Accelerometer
FIGURA 3. Programador Pololu USB
Además integra dos nuevas funciones, una de ellas es que funciona como Puerto Serial Virtual, para realizar prácticas de Comunicaciones Serial RS232, sin necesidad de conectar un cable adaptador SerialUSB.
El acelerómetro es un dispositivo que en general nos permite medir la aceleración, la cual sabemos que es una medida de la rapidez de los cambios de la velocidad. Al mismo tiempo conocemos que para llegar a tener dicha aceleración es necesario inicialmente obtener otras medidas como la distancia e inclinación, es por esto que tal dispositivo forma parte de nuestro proyecto. A continuación presentamos el módulo del acelerómetro en la figura 5.
2.2.3 Micro metal Gearmotor 30.1
Son pequeños motores que funcionan entre un rango de 3V a 9V, pero su voltaje ideal es de 6V, ya que los voltajes más bajos podrían no ser prácticos y expuestos a tensiones más elevadas podrían verse afectados negativamente en cuanto a su vida útil.
Casi todos tienen la misma forma física, la diferencia entre ellos radica en las relaciones de transmisión; existen desde los 5:1 a 128: 1.
FIGURA 5. Módulo del acelerómetro
Memsic
Sus requisitos de alimentación son en cuanto a voltaje de 3,3 a 5V DC,
La corriente de alimentación debe ser
