Diseño y aplicación de un controlador inteligente para el ajuste de la posición y velocidad de un vehículo a escala

El estudio de los controladores PID de un motor DC pasa por comprender, en primera instancia, qué es un motor DC y cuáles son sus limitaciones. También será necesario comprender que el motor DC con el que trabajemos va a tener unas prestaciones reducidas, así que el margen de mejora no es demasiado amplio, y además de todo ello también habremos de interiorizar que, si bien se estudiará el dispositivo y su comportamiento para alcanzar consignas de posición y velocidad está diseñado en última instancia para las segundas, por lo que exigiremos alta precisión en su seguimiento de este tipo de referencias. Posteriormente se expondrán los distintos tipos de Controladores PID empleados en el análisis, siendo estos el Clásico y el Fuzzy (o difuso), y con ello podemos establecer una comparativa para juzgar la conveniencia de uno por encima del otro. Para no sobrecargar al motor partiremos del estudio matemático y simulado de la planta o sistema (nuestro motor) y diseñaremos los controladores a partir de este, una vez hecho esto los aplicaremos en el motor en dos situaciones diferentes: libre sin carga y libre con carga, para poder estudiar los parámetros en régimen transitorio y permanente del mismo, así como la eficacia de sendos controladores. A lo largo de este documento se pondrá a prueba la respuesta de un motor de corriente continua de calidad reducida y se observará cómo su comportamiento puede verse altamente mejorado mediante el empleo de controladores, cerciorándonos además de que la versatilidad y adaptabilidad de los controladores borrosos hacen que sean considerados una alternativa más plausible que los clásicos.
The study of PID controllers applied to a DC motor goes though the understanding, in the first place, of what is a DC motor and which are its limitations. It will also be necessary comprehending that the DC motor with which we will be working has a reduced quality, and thus the improvement gap is not too wide, besides we will also have to interiorize that, although the device will be studied for it to reach position and velocity references it is ultimately designed for the latter, so we will impose high precision to it in the act of following these kind of signals. After this we will present the various types of PID Controllers used in the analysis, these being the Classic and the Fuzzy ones, and along with that we will be capable of stablishing a comparison between the two to judge the convenience of one kind over the other. In the spirit of avoiding overloads on the DC motor we will depart from the mathematic and simulated study of the plant or system (our motor) and we will design the controllers based on this, once it is done we will apply them to the real device in two different settings: free without load and free with load, to be capable to understand the parameters of the system in transitory and steady states, along with the efficiency of said controllers. Throughout this End of Degree Assignment, to summarize, the response of a low quality DC motor will be put at test, and it will be shown how its behavior can be highly improved through the utilization of controllers, also proving that the versatility and adaptability of the Fuzzy controllers makes them a better alternative rather than the classic ones.
Grado en Ingeniería en Electrónica y Automática Industrial