Implementación y comparación de controladores en un prototipo de silla de ruedas de dos ruedas

Abstract

El objetivo principal de este trabajo es la comparación de controladores en un prototipo de silla de ruedas de dos ruedas. El propósito del vehículo es realizar trayectorias rectilíneas y curvas mientras se mantiene en equilibrio. La dinámica del robot es obtenida mediante el modelo de identificación de caja gris. Dado que el sistema es no lineal, se linealiza alrededor de un punto de equilibrio. Para alcanzar el objetivo principal se diseñan, simulan e implementan los controladores: 1) PID de doble lazo cerrado, 2) RVE con LQR con precompensador, 3) PI vectorial con LQR, 4) PI vectorial con LQR y FF, 5) control por cadena de integradores con LQR y 6) control GPI con observador desacoplado de estado extendido. Este trabajo evalúa y compara el comportamiento del robot bajo las estrategias de control diseñadas en los siguientes tres aspectos: seguimiento de trayectorias, variación de parámetros y rechazo de perturbaciones. En estas tres pruebas, el controlador GPI con observador desacoplado de estado extendido presenta los mejores resultados.

Abstract: The main goal of this work is to compare controllers in a two wheeled wheelchair prototype. The purpose of the vehicle is to track linear and curved trajectories while achieving equilibrium. The dynamics of the robot is obtained through the grey box model. Given that the system is nonlinear, it is linearized around an equilibrium point. To achieve the main objective the following controllers are designed, simulated and implemented: 1) double closed loop PID, 2) state feedback with LQR and precompensation, 3) vectorial PI with LQR, 4) vectorial PI with LQR and FF, 5) chain of integrators with LQR and 6) GPI with extended state decoupled observer. This work evaluates and compares the behaviour of the robot under the designed control strategies on three different aspects: trajectory tracking, parameter variation and active disturbance rejection. In these three tests, the GPI controller with extended state decoupled observer shows the best results.