DISEÑO, MODELADO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA SUBACTUADO DENOMINADO PÉNDULO AXIAL (DESIGN, MODELING AND SIMULATION OF AN UNDERACTUAL SYSTEM CALLED AXIAL PENDULUM)

David Fuentes Díaz, Israel Ulises Ponce Monarrez, Adriana Salinas Ávila, Manuel de Jesús Nandayapa Alfaro

Resumen


Resumen
Los sistemas subactuados pendulares constituyen plataformas experimentales completas e interesante en la ingeniería de control no lineal, el entendimiento de este tipo de sistemas facilita el análisis y diseño de controladores de sistemas más complejos basados en sistemas pendulares subactuados. En este artículo se presenta un robot de dos grados de libertad (2GDL) del tipo subactuado, denominado péndulo axial, del cual no se encontró su modelo dinámico en la literatura consultada. Para el estudio del péndulo axial, se realiza el diseño del mecanismo, así como la obtención de los parámetros físicos obtenidos mediante el software SolidWorks. Posteriormente, se obtiene su modelo dinámico mediante la formulación de Euler Lagrange, que junto con los parámetros del sistema permite simular el modelo y la experimentación del sistema real. Se presentan algunas simulaciones que ayudan a validar el modelo dinámico obtenido.
Palabras Clave: Euler Lagrange, Modelado dinámico, Péndulo axial, Sistema subactuado.

Abstract
Pendulum-type underactuated systems constitute complete and interesting experimental platforms in the field of nonlinear control engineering. Understanding this type of system facilitates the analysis and design of controllers for more complex systems based on underactuated pendulum systems. This article presents a two-degree-of-freedom (2-DOF) underactuated robot called the axial pendulum, for which no dynamic model was found in the consulted literature. For the study of the axial pendulum, the mechanism is designed, and the physical parameters are obtained using SolidWorks software. Subsequently, its dynamic model is derived using the Euler-Lagrange formulation, which, along with the system parameters, allows for the simulation of the model and experimentation with the real system. Several simulations are presented to help validate the obtained dynamic model.
Keywords: Euler Lagrange, Dynamic modeling, Axial pendulum, Underactuated system.

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Referencias


Alvarado, O., Campa, R. Modelado & Ollervides, J. Modelado y control de un mecanismo tipo péndulo invertido esférico. In Congreso anual de la asociación de México de control automático 2010. México. 2010.

Antonio Cruz, M. Estudio y control de sistemas subactuados pendulares. Tesis (Doctorado en Ingeniería de Sistemas Robóticos y Mecatrónicos), Instituto Politécnico Nacional, Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico en Cómputo, México. 2018.

Anzurez M., J, Padilla G., José & Cuevas S., Omar. Estabilidad de Sistemas No-lineales: Sistema de Nivel de Líquidos de Dos Tanques Interconectados. RIEE&C, 2008.

Bahloul, A., Tliba, S., & Chitour, Y. Dynamic parameters identification of an industrial robot with and without payload. Ifac-Papersonline, 51(15), 443-448. 2018.

Cholodowicz, E., & Orlowski, P. Optimization of a fractional order controller for the Furuta pendulum with an output disturbance using a genetic algorithm. In 2022 17th International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV) (pp. 373-379). IEEE. 2022.

Duarte, J., Montero, B., Ospina-Henao, P., & González, E.. Mecánica lagrangiana para el modelado dinámico y simulación mediante Simulink-Matlab de un péndulo de Furuta. In Congreso Internacional de Ciencias Básicas e Ingeniería, Villavicencio, Colombia. 2016.

Fan, L., Zhang, A., Pan, G., Du, Y., & Qiu, J. Swing‐up and fixed‐time stabilization control of underactuated cart‐double pendulum system. IET Control Theory & Applications, 17(6), 662-671. 2023.

Gutiérrez Frías, Oscar Octavio. Diseño de controladores para sistemas subactuados del tipo péndulo invertido. Tesis (Doctorado en ciencias de la Computación). Ciudad de México, Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Centro de Investigación en Computación. 2009.

Homburger, H., Wirtensohn, S., & Reuter, J. Swinging up and stabilization control of the Furuta pendulum using model predictive path integral control. In 2022 30th Mediterranean Conference on Control and Automation (MED) (pp. 7-12). IEEE. 2022.

Kelly, R., Davila, V. S., & Perez, J. A. L. (2005). Control of robot manipulators in joint space. Springer Science & Business Media.

Pazderski, D., Parulski, P., Bartkowiak, P., & Herman, P. Sub-Optimal Stabilizers of the Pendubot Using Various State Space Representations. Energies, 15(14), 2022.

Portillo, J. P. T. Introducción a las señales y sistemas (1st ed.). Editorial Universidad del Norte. 43-72, 2017.

Siciliano, B., Sciavicco, L., Villani, L., & Oriolo, G. Force control (pp. 363-405). Springer London. 2009.

Spong, M. W., Hutchinson, S., & Vidyasagar, M. (2020). Robot modeling and control. John Wiley & Sons.

Tang, J., & Ren, G. (2009). Modeling and simulation of a flexible inverted pendulum system. Tsinghua Science and Technology, 14(S2), 22-26.

Valera, A., Vallés, M., & Cardo, M. Desarrollo y Control de un Péndulo de Furuta. Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática. Universidad Politécnica de Valencia. Camino de Vera, 14, 46022. 2002.

Villalobos Torres, J. A., Márquez Martınez, L. A., & Cuesta, R. Modelo dinámico de un mecanismo de 5 barras con un péndulo esférico. In Congreso anual de la asociación de México de control automático. México, 2019.






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