Control Robusto del Sistema de Bola y Viga

Published in: Innovation in Engineering, Technology and Education for Competitiveness and Prosperity: Proceedings of the 12th Latin American and Caribbean Conference for Engineering and Technology
Date of Conference: July 21-24,2014
Location of Conference: Guayaquil,Ecuador
Authors: Carlos G. Bolívar Vincenty
Keriam Z. Rosa Medina
Gerson Beauchamp Báez
Refereed Paper: #175

Abstract:

The objective of a control system is to regulate the dynamic behavior of a physical system through feedback. Such regulation should satisfy performance specifications even in the presence of disturbances and perturbations. When a control system performs adequately in the presence of disturbances and perturbations, it is Robust. We present a relatively simple approach to the robust control problem of the Ball-and-Beam System that can be used in basic control systems courses. The Ball and Beam System exhibits high-frequency sensor noise, unmolded highfrequency dynamics, disturbances in the process, and parameter variations of the plant. Results of controllers designed through robust control methods are presented and compared with other controllers designed by conventional methods such as the Root Locus method. It is demonstrated that a conscious design using a conventional method can depart from the performance specifications, leading to unsatisfactory performance. To demonstrate this, the real system performance for the controllers using both methods is presented and compared to the simulated performance. The performance of the system designed by the Root Locus method does not meet the performance specifications, while the performance of the system designed by robust control method does. These results were obtained from an undergraduate research project and are currently being applied in an introductory course on control systems.

Resumen:

El objetivo de un sistema de control es regular el comportamiento dinámico de un sistema físico mediante retroalimentación. Dicha regulación debe satisfacer especificaciones de desempeño incluso en presencia de disturbios y perturbaciones. Cuando un sistema de control funciona adecuadamente en presencia de disturbios y perturbaciones, es robusto. Se presenta un acercamiento relativamente sencillo al problema de control robusto para el sistema de bola y viga que se puede presentar en cursos básicos de sistemas de control. El sistema de bola y viga presenta ruido de alta frecuencia en los sensores, dinámica de alta frecuencia no-modelada, disturbios en el proceso y variación de parámetros de la planta. Se presentan resultados de controladores diseñados mediante métodos de control robusto y se comparan con los de controladores diseñados por métodos convencionales, como el método Root Locus. Se demuestra que un diseño realizado a conciencia mediante métodos convencionales puede apartarse de las especificaciones de desempeño, dando lugar a un desempeño no-satisfactorio. Para demostrar esto, se presenta el desempeño del sistema real para ambos controladores y se compara con el desempeño simulado. El desempeño del sistema diseñado mediante Root Locus no cumple con las especificaciones de desempeño mientras que el desempeño del sistema diseñado mediante control robusto sí cumple. Estos resultados se obtuvieron mediante un proyecto de investigación subgraduada y se están aplicando actualmente en un curso introductorio de sistemas de control.