Optimización basada en métodos metaheurísticos para la sintonización de controladores PID en sistemas mecatrónicos

Abstract

RESUMEN: Este trabajo aborda la sintonización de controladores de tipo PID de tres sistemas mecatrónicos comúnmente usados en la industria: el péndulo simple, invertido y doble, mediante algoritmos evolutivos (Evolución Diferencial, Algoritmo Gen ético y Optimización por Enjambre de Partículas). El problema de sintonización se abordó como uno de optimización multiobjetivo, ya que se pretendía minimizar dos objetivos: el error mediante la Integral del Error Cuadrático (ISE por sus siglas en ingles) y las variaciones en la señal de control mediante la Integral del valor Absoluto de la señal de control (IADU, por sus siglas en inglés). Lo anterior, con la intención de obtener un compromiso adecuado entre la precisión en la regulación de la salida y el tiempo de vida del sistema mecatrónico. Se desarrolló una interfaz gráfica programada en Python que tiene como objetivo brindarle al usuario la posibilidad de realizar una sintonización offline. Finalmente, se implementó el valor de las ganancias Kp, Ki y Kd encontradas, en un péndulo simple físico, con el fin de validar los resultados obtenidos en simulación. ABSTRACT: This document presents the tuning of PID type controllers of three mechatronic sys tems commonly used in industry: single, inverted and double pendulum, by means of evolutionary algorithms (Differential Evolution, Genetic Algorithm and Particle Swarm Optimization). The tuning problem was approached as a multiobjective opti mization problem, since it was intended to minimize two objectives: the error through of the Integral of the Quadratic Error (ISE) and the variations in the control signal through the Integral of the Absolute value of the control signal (IADU). The above, with the intention of obtaining an adequate compromise between the precision in the output regulation and the life time of the mechatronic system. A graphical interface programmed in Python was developed with the objective of providing the user with the possibility of performing an offline tuning. Finally, the value of the gains Kp, Ki and Kd found were implemented in a simple physical pendulum in order to validate the results obtained in simulation.