Desarrollo de un controlador PID para cubo autoequilibrante en una arista
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http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/30410| Título : | Desarrollo de un controlador PID para cubo autoequilibrante en una arista |
| Autor : | Carpio Holguin, Dario Manuel Fernández Morales, Francisco Alejandro |
| Director de Tesis: | Kuonquí Gaínza, Franklin Illich |
| Resumen traducido: | This work develops a control system based on stabilization techniques for a self-balancing cube, implementing a discrete PID controller to maintain its equilibrium on different surfaces and under external disturbances. The system integrates a brushless motor with a flywheel, high-precision inertial sensors, and an ESP32-WROOM-32 microcontroller for real-time control execution. The mathematical model of the system is based on the dynamic representation of the inverted pendulum with a flywheel, establishing differential equations that describe its behavior. Through MATLAB simulations and experimental validations, the PID controller parameters are adjusted to optimize system response and minimize stabilization errors. The structural design was carried out using CAD modeling in SolidWorks, with 3D printing in PLA for manufacturing the components, ensuring a lightweight yet robust cube construction. The system’s electronics include the integration of the ESP32-WROOM-32 with the MPU- 6000 inertial sensor, responsible for providing real-time inclination and angular velocity data. The control signal generated by the PID is applied to the motor through a VESC controller, enabling precise regulation of the torque and speed of the flywheel. Additionally, a wireless communication interface is implemented for real-time system calibration and monitoring via Bluetooth. Experimental results demonstrate the effectiveness of the controller in stabilizing the self-balancing cube, va lidating the accuracy of the mathematical model and the control system implementation. The proposed solution serves as a versatile and scalable platform for studying advanced control techniques, with potential applications in robotics, stabilization systems, and engineering education. |
| Resumen : | En el presente trabajo se desarrolla un sistema de control basado en técnicas de estabilización para un cubo autoequilibrante, el cual implementa un controlador PID discreto para mantener su equilibrio en una arista y frente a perturbaciones externas. El sistema integra un motor brushless con un volante de inercia, sensores inerciales de alta precisión y un microcontrolador ESP32-WROOM-32 para la ejecución del control en tiempo real. El modelo matemático del sistema se basa en la representación dinámica del péndulo invertido con volante de inercia, permitiendo establecer las ecuaciones diferenciales que describen su comportamiento. Mediante simulaciones en MATLAB y validaciones experimentales, se ajustan los parámetros del controlador PID para mejorar la respuesta del sistema y reducir errores en la estabilización. El diseño estructural se realizó mediante modelado CAD en SolidWorks, utilizando impresión 3D en PLA para la fabricación de las piezas, asegurando ligereza y robustez en la construcción del cubo. La electrónica del sistema comprende la integración del ESP32-WROOM-32 con el sensor inercial MPU- 6000, encargado de proporcionar datos de inclinación y velocidad angular en tiempo real. La señal de control generada por el PID es aplicada al motor mediante un controlador VESC, permitiendo una regulación precisa del torque y la velocidad del volante de inercia. Los resultados experimentales demuestran la efectividad del controlador en la estabilización del cubo autoequilibrante, validando la precisión del modelo matemático y la implementación del sistema de control. La propuesta presentada es una plataforma versátil y escalable para el estudio de técnicas avanzadas de control, con aplicaciones potenciales en robótica, sistemas de estabilización y educación en ingeniería. |
| Palabras clave : | CONTROL PID CUBO AUTOEQUILIBRANTE ESP32-WROOM-32 MOTOR BRUSHLESS VOLANTE DE INERCIA MPU-6000 |
| Fecha de publicación : | 2025 |
| URI : | http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/30410 |
| Idioma: | spa |
| Pertenece a las colecciones: | Grado |
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