Construcción, modelado, y control de un vehículo eléctrico sobre dos ruedas tipo péndulo invertido

Abstract

resented in this manuscript. In the last decade the interest arisen in the development of inverted pendulum type vehicle because it is an ecological and economical transport since it uses only electric power to move. This prototype consists of a metal structure, a system of locomotion, sensors and its controller. The mathematical model is obtained through the Euler-Lagrange formalism, obtaining a nonlinear and unstable system. The implementation is based on an accelerometer and gyroscopes which are combined using the Kalman Filter for measuring the pendulum angle, this measurement is fed back to a PID control algorithm with antiwindup and dead zone compensation to generate the control signal wich is sent to the actuator drivers to stabilize the system. The measurement and the control algorithm execution, the battery monitoring and visualization of values of the variables of interest are handled by a microcontroller.

En este trabajo se presenta el diseño y construcción de un vehículo móvil auto-balanceado tipo péndulo invertido. En la última década a surgido el interés en el desarrollo de vehículos tipo péndulo invertido debido a que son un medio de transporte ecológico y económico ya que utilizan solo energía eléctrica para desplazarse. Este prototipo consta de una estructura metálica, un sistema de locomoción, sensores y su controlador. El modelo matemático es obtenido por medio de las ecuaciones de Euler-Lagrange, obteniendo un sistema no lineal e inestable. La instrumentación está basada en un acelerómetro y un giroscopio que se conjugan mediante el Filtro de Kalman para realizar la medición del ángulo de inclinación del péndulo, esta medición es retroalimentada a un algoritmo de control PID con antiwindup y con compensación de zona muerta para generar la señal de control que es enviada a los drivers de los actuadores para estabilizar el sistema. Tanto la medición como la ejecución del algoritmo de control, el monitoreo de la batería y la visualización de valores de las variables de interés son manejadas a través de un micro controlador.