Implementación de un algoritmo de aprendizaje de máquina para la sintonización de un controlador aplicado a un péndulo invertido.

dc.contributor.advisorGuarnizo Marin, José Guillermo
dc.contributor.authorGuarnizo Hernández, Wilson Augusto
dc.contributor.corporatenameUniversidad Santo Tomasspa
dc.date.accessioned2022-07-19T19:40:39Z
dc.date.available2022-07-19T19:40:39Z
dc.date.issued2022-07-18
dc.descriptionEn este proyecto de grado se presenta el diseño e implementación de una sintonización de un controlador de posición angular para un péndulo rotatorio invertido, utilizando un algoritmo Bio-inspirado de selección clonal para el ajuste de los parámetros de un controlador PID (Proporcional, Integral y Derivativo). Para esto se detalla el proceso de creación del controlador PID, el modelo simulado en MATLAB del péndulo rotatorio invertido y la programación del algoritmo de selección clonal para la sintonización de las ganancias que requiere el controlador para su acción de control. Así mismo, se realizan comparaciones de desempeño de controladores en su proceso transitorio en donde se mide que tanto mejora el sobrepaso máximo, tiempo de establecimiento y error de estado estacionarios de los controladores base, y el controlador sintonizado con el algoritmo clonal. Por último, se verifica el desempeño de la sintonización del algoritmo de selección clonal sobre un controlador RVE (Realimentación de variables de estado) aplicado a una planta física QUANSER de un Péndulo Rotatorio Invertido.spa
dc.description.abstractThis degree project presents the design and implementation of a tuning of an angular position controller for an inverted rotary pendulum, using a Bio-inspired clonal selection algorithm for adjusting the parameters of a PID controller. This details the process of creating the PID controller, the simulated model in MATLAB of the inverted rotary pendulum, and the programming clonal selection algorithm for tuning the gains required by the controller for its control action. Likewise, comparisons of the performance of controllers in their transitive process are made, where they measure how much improves the overshoot,time setting and steady-state error of the base controllers and the controller tuned to the clonal algorithm. Finally, the tuning performance of the clonal selection algorithm on an FSF (Full State Feedback) controller applied to a QUANSER Rotary Inverted Pendulum physical plant is verified.spa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.description.degreenameIngeniero Electronicospa
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.citationGuarnizo Hernández, W. A. (2022). Implementación de un algoritmo de aprendizaje de máquina para la sintonización de un controlador aplicado a un péndulo invertido. [Trabajo de grado, Universidad Santo Tomás]. Repositorio institucional.spa
dc.identifier.instnameinstname:Universidad Santo Tomásspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional Universidad Santo Tomásspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.usta.edu.cospa
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11634/45955
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Santo Tomásspa
dc.publisher.branchCRAI-USTA Bogotáspa
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeniería Electrónicaspa
dc.publisher.programPregrado Ingeniería Electrónicaspa
dc.relation.referencesO. Chuk y C Medina. «Transferencia tecnológica de un sistema de control automático basado en PC para un molino de martillos industrial». En: Facultad de ingeniería, Universidad Nacional de San Juan. San Juan, Argentina. 2014.spa
dc.relation.referencesMarco Paz Ramos y Suselle Esquivel. «Un controlador bien sintonizado es dinero en su bolsillo». En: InTech México Automatización. Vol. 9. 2010, págs. 30-34.spa
dc.relation.referencesIshan Chawla y Ashish Singla. «Real-Time Control of a Rotary Inverted Pendulum using Robust LQR-based ANFIS Controller». En: International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation 19.3-4 (2018), págs. 379-389. DOI: doi:10.1515/ijnsns-2017- 0139. URL: https://doi.org/10.1515/ijnsns-2017-0139.spa
dc.relation.referencesIshan Chawla y Ashish Singla. «ANFIS based system identification of underactuated systems». En: International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation 21.7-8 (2020), págs. 649-660. DOI: 10 . 1515 / ijnsns - 2018 - 0005. URL: https://doi.org/10.1515/ijnsns-2018-0005.spa
dc.relation.referencesWael Younis y Mohammed Abdelati. «Design and implementation of an experimental segway model». En: AIP Conference Proceedings. Vol. 1107. American Institute of Physics, 2009. Cap. 1, págs. 350-354.spa
dc.relation.referencesAhmed Elhasairi y Alexandre Pechev. «Humanoid Robot Balance Control Using the Spherical Inverted Pendulum Mode». En: Frontiers in Robotics and AI 2 (2015). DOI: 10.3389/frobt.2015.00021.spa
dc.relation.referencesIshan Chawla y Ashish Singla. «Real-Time Stabilization Control of a Rotary Inverted Pendulum Using LQR-Based Sliding Mode Controller». En: Arabian Journal for Science and Engineering 46.3 (2021), págs. 2589-2596. DOI: 10.1007/s13369-020-05161-7. URL: https://doi.org/10.1007/s13369-020-05161-7.spa
dc.relation.referencesM Akhtaruzzaman y A A Shafie. «Modeling and control of a rotary inverted pendulum using various methods, comparative assessment and result analysis». En: - 2010 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation. 2010, págs. 1342-1347. ISBN: 2152- 7431. DOI: 10.1109/ICMA.2010.5589450.spa
dc.relation.referencesG Sainzaya y col. «LQR control with refined PID to balance rotary inverted pendulum with time-varying uncertainty». En: - 2017 International Conference on Fuzzy Theory and Its Applications (iFUZZY). 2017, págs. 1-6. ISBN: 2377-5831. DOI: 10.1109/iFUZZY.2017. 8311812.spa
dc.relation.referencesJavier Gonzalo González Fontanet, Ania Lussón Cervantes e Irina Bausa Ortiz. «Alternativas de control para un Péndulo de Furuta». En: Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial 13, Núm. 4 (). DOI: 10.1016/j.riai.2016.05.008. URL: https://polipapers.upv.es/index.php/RIAI/article/view/9255.spa
dc.relation.referencesS Howimanporn, S Chookaew y C Silawatchananai. «Comparison between PID and Sliding Mode Controllers for Rotary Inverted Pendulum Using PLC». En: - 2020 4th International Conference on Automation, Control and Robots (ICACR). 2020, págs. 122-126. ISBN: NULL-. DOI: 10.1109/ICACR51161.2020.9265510.spa
dc.relation.referencesGisela Pujol-Vazquez y col. «Rotary inverted pendulum with magnetically external perturbations as a source of the pendulum’s base navigation commands». En: Journal of the Franklin Institute 355.10 (2018), págs. 4077-4096. URL: https://www-sciencedirect-com.crai-ustadigital.usantotomas.edu. co/science/article/pii/S0016003218302151.spa
dc.relation.referencesV Stanovov, S Akhmedova y E Semenkin. «Automatic Design of Fuzzy Controller for Rotary Inverted Pendulum with Success-History Adaptive Genetic Algorithm». En: - 2019 International Conference on Information Technologies (InfoTech). 2019, págs. 1-4. ISBN: NULL-. DOI: 10.1109/InfoTech.2019.8860874.spa
dc.relation.referencesG Yuntao y col. «The Design and Realization of a Rotary Inverted Pendulum Based on STM32». En: - 2015 International Conference on Identification, Information, and Knowledge in the Internet of Things (IIKI). 2015, págs. 185-188. ISBN: NULL-. DOI: 10.1109/IIKI. 2015.46.spa
dc.relation.referencesJ Kim y col. «Imitation Reinforcement Learning-Based Remote Rotary Inverted Pendulum Control in OpenFlow Network». En: IEEE Access. Vol. 7. 2019, págs. 36682-36690. ISBN: 2169-3536. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2905621.spa
dc.relation.referencesH Lim y col. «Federated Reinforcement Learning for Controlling Multiple Rotary Inverted Pendulums in Edge Computing Environments». En: - 2020 International Conference on Artificial Intelligence in Information and Communication (ICAIIC). 2020, págs. 463-464. ISBN: NULL-. DOI: 10.1109/ICAIIC48513.2020.9065233.spa
dc.relation.referencesC Sompracha y S Rukkaphan. «Optimal PIλDμ Controller Design for Rotary Inverted Pendulum System via Cuckoo Search Algorithm». En: - 2020 17th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON). 2020, págs. 490-493. ISBN: NULL-. DOI: 10.1109/ECTI-CON49241.2020.9158293.spa
dc.relation.referencesDavid Mateo Rojas Vallejo. «Desarrollo de una estrategia de control predictivo aplicado a un péndulo invertido, que permita la estabilización de imágenes en robots para exploración agrıcola». En: Universidad de La Salle. Facultad de Ingenierıa. Ingenierıa en Automatización. 2019.spa
dc.relation.referencesMr Kulkarni. «Self Balancing Robot». En: International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology 7 (2019), págs. 814-818. DOI: 10.22214/ijraset.2019.6141.spa
dc.relation.referencesPhilippe Martin, Santosh Devasia y Brad Paden. «A different look at output tracking: control of a vtol aircraft». En: Automatica 32.1 (1996), págs. 101-107. DOI: https://doi. org/10.1016/0005-1098(95)00099-2. URL: https://www.sciencedirect. com/science/article/pii/0005109895000992.spa
dc.relation.referencesDaniel Jerome Block, Karl J Åström y Mark W Spong. Reaction wheel pendulum. San Rafael, Calif.]: Morgan & Claypool, 2007. ISBN: 1598291947 9781598291940 9781598294439 1598294431.spa
dc.relation.referencesEMANUEL OCHOA HENAO. «ODS número 9 industria, innovación e infraestructura y número 17 alianzas para lograr los objetivos y su efecto en las PYMES para Colombia». En: UNIVERSITARIA ESUMER. 2019, págs. 1-56. URL: http://repositorio.esumer.edu.co/jspui/handle/esumer/2025.spa
dc.relation.referencesThomas Kailath. Linear systems. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1980. ISBN: 0135369614 9780135369616.spa
dc.relation.referencesJ K Roberge. «The Mechanical Seal, Bachelor’s thesis». En: Massachusetts Institute Of Technology. Vol. 1. 1960, págs. 0-48. URL: http://web.mit.edu/klund/www/papers/Roberge1960.pdf.spa
dc.relation.referencesJ F Schaefer y col. On the bounded control of some unstable mechanical systems. Stanford, Calif.; Virginia: Dept. of Aeronautics y Astronautics, Stanford University ; Distributed by the Defense Documentation Center, 1965.spa
dc.relation.referencesWilliam Siebert. Circuits, signals, and systems. Cambridge, Mass.; New York: MIT Press ; McGraw-Hill, 1985. ISBN: 0070572909 9780070572904 0262192292 9780262192293.spa
dc.relation.referencesHuibert Kwakernaak y Raphael Sivan. Linear optimal control systems. Vol. 1. Wiley-interscience New York, 1972.spa
dc.relation.referencesH K Khalil. Nonlinear Systems. Prentice Hall, 2002. ISBN: 9780131227408. URL: https: //books.google.com.co/books?id=v_BjPQAACAAJ.spa
dc.relation.referencesNavin John Mathew, K Koteswara Rao y N Sivakumaran. «Swing Up and Stabilization Control of a Rotary Inverted Pendulum». En: IFAC Proceedings Volumes 46.32 (2013), págs. 654-659. DOI: https://doi.org/10.3182/20131218-3-IN-2045.00128. URL: https : //www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1474667015383324.spa
dc.relation.referencesSandeep Pandey, Prakash Dwivedi y Deepak Mishra. «Performance Evaluation : Anti-windup Two-loop PID Controller for Rotary Single Inverted Pendulum». En: 2021 IEEE 8th Uttar Pradesh Section International Conference on Electrical, Electronics and Computer Engineering (UPCON). 2021, págs. 1-6. DOI: 10.1109/UPCON52273.2021.9667579.spa
dc.relation.referencesAdharsh Lal M y col. «Stabilization of Rotary Inverted Pendulum using PID Controller». En: 2021 8th International Conference on Smart Computing and Communications (ICSCC). 2021, págs. 376-380. DOI: 10.1109/ICSCC51209.2021.9528290.spa
dc.relation.referencesMSiva Kumar, B Dasu y G Ramesh. «Design of LQR Based Stabilizer for Rotary Inverted Pendulum System». En: IJCTA 9 (2016), pág. 29.spa
dc.relation.referencesX Zhang y col. «Study on Swing-up Control of Rotary Inverted Pendulum Based on Energy Feedback». En: - 2018 5th International Conference on Information Science and Control Engineering (ICISCE). 2018, págs. 994-998. ISBN: NULL-. DOI: 10.1109/ICISCE.2018.00205.spa
dc.relation.referencesMontoya Giraldo Oscar, Juan Valenzuela Hernández y Giraldo Buitrago Didier. «Control global del Péndulo Rotacional Invertido empleando modelos de energía». En: Scientia et Technica 1.52 (2012). DOI: 10.22517/23447214.7831. URL: https://revistas. utp.edu.co/index.php/revistaciencia/article/view/7831.spa
dc.relation.referencesS P Diwan y S S Deshpande. «Nonlinear Model Predictive Controller for the Real-Time control of Fast Dynamic System». En: - 2019 International Conference on Communication and Electronics Systems (ICCES). 2019, págs. 289-294. ISBN: NULL-. DOI: 10.1109/ICCES45898.2019.9002380.spa
dc.relation.referencesO Saleem y K Mahmood-Ul-Hasan. «Indirect Adaptive State-Feedback Control of Rotary Inverted Pendulum Using Self-Mutating Hyperbolic-Functions for Online Cost Variation». En: - IEEE Access. Vol. 8. 2020, págs. 91236-91247. ISBN: 2169-3536. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2994830.spa
dc.relation.referencesM U Soydemir y col. «Learning Feedback Linearization Based Stable Robust Adaptive NARMA Controller Design for Rotary Inverted Pendulum». En: - 2019 11th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ELECO). 2019, págs. 795-799. ISBN: NULL-. DOI: 10.23919/ELECO47770.2019.8990417.spa
dc.relation.referencesS Chatterjee y S K Das. «Sampled-Data Control for Optimal Gain Margin of Cart Inverted Pendulum System: Comparison with Continuous-Time Control». En: - 2018 15th International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV). 2018, págs. 1153-1157. DOI: 10.1109/ICARCV.2018.8581364.spa
dc.relation.referencesA Rahimi y col. «Controller design for rotary inverted pendulum system using particle swarm optimization algorithm». En: - 2013 26th IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE). 2013, págs. 1-5. ISBN: 0840-7789. DOI: 10.1109/CCECE. 2013.6567710.spa
dc.relation.referencesMorteza Harati, Amir Aminzadeh Ghavifekr y Amir Rikhtehgar Ghiasi. «Model Identification of Single Rotary Inverted Pendulum Using Modified Practical Swarm Optimization Algorithm». En: 2020 28th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE). 2020, págs. 1-5. DOI: 10.1109/ICEE50131.2020.9261035.spa
dc.relation.referencesJ.G. Guarnizo y J. Avendano. «Liquid level system as a pedagogical tool to teach fuzzy control». En: 2017 International Conference on Electronics, Communications and Computers (CONIELECOMP). 2017, págs. 1-5. DOI: 10.1109/CONIELECOMP.2017.7891820.spa
dc.relation.referencesNgo Phong Nguyen y col. «Fuzzy-Based Super-Twisting Sliding Mode Stabilization Control for Under-Actuated Rotary Inverted Pendulum Systems». En: IEEE Access 8 (2020), págs. 185079-185092. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3029095.spa
dc.relation.referencesC Alarcón y C Muñoz. «Minimum time swing-up controller applied to a rotary inverted pendulum». En: - 2017 CHILEAN Conference on Electrical, Electronics Engineering, Information and Communication Technologies (CHILECON). 2017, págs. 1-6. ISBN: NULL-. DOI: 10.1109/CHILECON.2017.8229611.spa
dc.relation.referencesGloria Catalina Cifuentes Duarte. «Diseño de un algoritmo automático de sintonización de parámetros de un controlador PID empleando técnicas Bio-inspiradas de aprendizaje de máquinas». En: Repositorio Universidad Santo Tomás. 2019, págs. 15-49. DOI: http : //hdl.handle.net/11634/16570.spa
dc.relation.referencesLuisa Fernanda Alarcón Sánchez. «Sintonización de un controlador óptimo cuadrático para sistemas multivariables usando sistemas inmunes». En: Universidad Tecnológica de Pereira. Facultad de Tecnologıas e Ingenierıa. 2015.spa
dc.relation.referencesBrian Noriega y col. «Design and Simulation of a Voltage Control Based on Neural Networks». En: 2021 IEEE 5th Colombian Conference on Automatic Control (CCAC). 2021, págs. 133-138. DOI: 10.1109/CCAC51819.2021.9633294.spa
dc.relation.referencesJose Guillermo Guarnizo, Cesar Leonardo Trujillo y Javier Antonio Guacaneme. «Modeling and control of a two DOF helicopter using a robust control design based on DK iteration». En: IECON 2010 - 36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society. 2010, págs. 162-167. DOI: 10.1109/IECON.2010.5675183.spa
dc.relation.referencesMukhtar Fatihu Hamza, Hwa Jen Yap e Imtiaz Ahmed Choudhury. «Genetic Algorithm and Particle Swarm Optimization Based Cascade Interval Type 2 Fuzzy PD Controller for Rotary Inverted Pendulum System». En: Mathematical Problems in Engineering 2015 (2015), págs. 1-15.spa
dc.relation.referencesMichael Levis. «Péndulo rotatorio: explorando el desafío del control clásico con QUBEServo 2». En: Modelo Péndulo Rotatorio Invertido QUBE-Servo 2. 2020. URL: https://www. quanser.com/blog/rotary- pendulum- control- challenge- with- qubeservo/.spa
dc.relation.referencesMartin J Corless y Arthur E. Frazho. «Linear systems and control: an operator perspective». En: CRC Press. 2003, pág. 390. URL: https://www.worldcat.org/title/linear-systems-and-control-anoperator- perspective/oclc/053441587.spa
dc.relation.referencesJuan Carlos Herrera Lozada. «Sistema inmune artificial con población reducida para optimización numérica». En: Tesis doct,Repositorio Dspace. 2017, pág. 82. URL: http://tesis.ipn.mx/handle/123456789/21995.spa
dc.relation.referencesLaura Carrasco Payo. «Implementación de algoritmo de scan-matching basado en Clonalg». En: B.S. thesis. Vol. 1. 2015, pág. 78. URL: http://hdl.handle.net/10016/23213.spa
dc.relation.referencesThomas Bäck, David B Fogel y Zbigniew Michalewicz. «Evolutionary computation 1: Basic algorithms and operators». En: CRC press. 2018.spa
dc.relation.referencesJose Guarnizo y col. «Applications of Artificial Immune Systems in Agents». En: IGI Global. 2009, págs. 99-122. DOI: 10.4018/978-1-60566-310-4.ch005.spa
dc.relation.referencesN Cruz Cortés. «Sistema inmune artificial para solucionar problemas de optimización». En: PhD thesis, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto. 2004.spa
dc.relation.referencesKatsuhiko Ogata. «Ingenierıa de control moderna». En: Pearson Educación 1 (2003), págs. 1-908. URL: https : / / www . academia . edu / 9814191 / Ingenieria _ de _ Control_Moderna_Ogata_5ed.spa
dc.relation.referencesMichel Lévis Jacob Apkarian Paul Karam. «InstructorWorkbook». En: Inverted Pendulum Experiment for MatLab®/simulink® users. 2011, pág. 61. URL: https://www.quanser. com/products/rotary-inverted-pendulum/.spa
dc.rightsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.localAbierto (Texto Completo)spa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/
dc.subject.keywordBioinspired Algorithmspa
dc.subject.keywordInverted Rotary Pendulumspa
dc.subject.keywordClonal selection algorithmspa
dc.subject.keywordTuned Controllerspa
dc.subject.lembIngeniería Electrónicaspa
dc.subject.lembIngenieríaspa
dc.subject.lembAlgoritmosspa
dc.subject.proposalAlgoritmo Bioinspiradospa
dc.subject.proposalPéndulo Rotatorio Invertidospa
dc.subject.proposalAlgoritmo de selección Clonalspa
dc.subject.proposalControlador Sintonizadospa
dc.titleImplementación de un algoritmo de aprendizaje de máquina para la sintonización de un controlador aplicado a un péndulo invertido.spa
dc.typebachelor thesis
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.coarversionhttp://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa
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dc.type.localTesis de pregradospa
dc.type.versioninfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion

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