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Title: Diseño, implementación y análisis de desempeño de un controlador PID de orden fraccionario (FOPID) aplicado a control embebido de sistemas mecatrónicos
Authors: Calderón Córdova, Carlos Alberto
Macas Peña, Edwin Stalin
Sarango Chamba, Roger Augusto
Keywords: Dispositivos de control
Arquitectura de hardware
Controlador PID- Diseño
Sistemas mecatrónicos
Ingeniero en electrónica y telecomunicaciones – Tesis y disertaciones académicas
Issue Date: 2017
Citation: Macas Peña, Edwin Stalin . Sarango Chamba, Roger Augusto. (2017). Diseño, implementación y análisis de desempeño de un controlador PID de orden fraccionario (FOPID) aplicado a control embebido de sistemas mecatrónicos. (Trabajo de Titulación de Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones). UTPL, Loja
Abstract: The present work is part of the “Hand of Hope” Project, the objective is to design and implement an embedded Fractional Order PID controller (FOPID), applied to the elbow joint speed in a robotic prosthesis. The purpose is to, first, conduct a preliminary research about the feasibility of implementing a FOPID controller in an autonomous embedded system; second, we seek to analyze and compare the performance of classic PID and FOPID controllers. The parameters of a FOPID controller are five: proportional constant (K_P), integral constant (K_I), derivative constant (K_D), integral order (λ) and differentiator order (μ). Finding the optimal set of values for these five parameters is a complex process. As results of this work: seven classic PID controllers and ten FOPID controllers were designed and implemented. The implementation was performed in an embedded platform FPGA-Processor (sbRIO-9651) and in the LabVIEW FPGA & RT language. Finally, experimental evaluation and comparison of controllers were performed, based on the time parameters: settling time, overshoot percentage; and on the error rates: IAE, ITAE, ISE and ITSE. The embedded controllers with the best performance were FOPID Z-N-ISE (Ts = 0.22 s, P.O. = 7.18 %) and PI Chien (Ts = 0.18 s, P.O. = 0 %).
Description: El presente trabajo forma parte del proyecto “Mano de Esperanza”, el objetivo es diseñar e implementar un controlador embebido PID de orden fraccionario (FOPID), aplicado a la regulación de velocidad de la articulación del codo en una prótesis robótica. El propósito es primeramente realizar una investigación preliminar sobre la factibilidad de implementar un controlador FOPID en un sistema embebido autónomo; finalmente, se busca analizar y comparar el desempeño de los controladores FOPID y PID clásico. Como resultados del presente trabajo: se diseñaron e implementaron 7 controladores PID clásico y 10 controladores FOPID. La implementación se la realizó en una plataforma embebida FPGA-Procesador (sbRIO-9651) y en el lenguaje LabVIEW FPGA y RT. Finalmente se realizó la evaluación experimental y comparación de los controladores en base a los parámetros temporales: tiempo de establecimiento, porcentaje de sobrelongación; y a los índices de error: IAE, ITAE, ISE e ITSE. Los controladores embebidos de mejor desempeño fueron del tipo FOPID Z-N-ISE (Ts=0.22s, P.O.=7.18%) y PI Chien (Ts=0.18s, P.O.=0%).
URI: http://dspace.utpl.edu.ec/handle/123456789/18021
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