Implementación de plataforma Hardware in the Loop para la enseñanza del control sobre sistema embebido de bajo costo

Abstract

En el ámbito del control industrial, la posibilidad de contar con una representación virtual de cualquier planta, ya sea por motivos económicos o tiempo de desarrollo, está en auge, puesto que con esta herramienta, es posible aumentar las posibilidades de considerar cualquier escenario de comportamiento y así proveer una sintonización más adecuada y más certera de los controladores, esta técnica se conoce como Hardware In The Loop. Dentro del ámbito académico, sería más que apropiado traer todas estas ventajas en los componentes prácticos de las asignaturas de Control, ya que se observarían ahorros económicos, de tiempos de desarrollo e incluso de problemas de singularidad que presentan programas como Matlab. Es por eso que a lo largo de este documento, se explorará con detalle el proceso de desarrollo de una solución basada en esta técnica, la cual busca simular el comportamiento de dos plantas electromecánicas (Péndulo de Furuta y Helicóptero de dos grados de libertad) a través del diseño e implementación en Python del método numérico de Runge- Kutta de cuarto orden y esta simulación se hace visible a través de una interfaz HMI capaz de permitir una interacción visual con el usuario y proyectar señales medibles, todo desarrollado a través de un modelo Vista- Controlador. Finalmente, se hace la validación a través de la sintonización de dos controladores PID, los cuales demuestran la funcionalidad del sistema y sugerencias relacionadas con la sintonización de estos controladores.

In the Industrial Control field, the possibility to find with a virtual representation of any system, due to economical or development time reasons is increasing, because with this tool, is possible to considerate more operation scenarios and with that give better controller sintonizations, this technique is known as Hardware In The Loop. In the academic field, it would be excellent to bring all these advantages in the practical topics of the subjects related with control with the same economical and time development advantages, also to fix singularity errors that is possible to find in programs like Matlab. In the following document, it will be explored with detail the two electromechanical plants behavior (Furuta’s Pendulum and Two Degrees of Freedom Helicopter) through the development and implementation in Python of fourth order Runge- Kutta numeric method projected by a HMI interface able to have a visual interaction with the user and give measured signals, everything developed through View- Controller Model. Finally, the tests are projected through two PID controller sintonization, that can demonstrate how it works the system, with some suggestions relate with these sintonizations.