Ingeniero Civil Electricista / La presente Memoria de Título se centra en el diseño de una estrategia de control difuso, tipo Mamdani, para evasión de obstáculos presentes en ruta de un Vehículo terrestre Guiado Autónomamente (AGV, por sus siglas en inglés), y la consiguiente verificación del enfoque propuesto para el caso en que la operación del vehículo se simula a través de un modelo dinámico en ambiente MATLAB®- Simulink (el cuál a su vez emula un automóvil Volkswagen® modelo Tiguan, año 2010). Este trabajo se enmarca dentro de uno de los proyectos interdisciplinarios del área de Automatización y Robótica del Centro Avanzado de Tecnología para Minería, perteneciente a la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, que busca el desarrollo de un AGV capaz de operar en ambientes similares a los encontrados en faenas a rajo abierto de la minería. Con este fin, se estudia en detalle las variables dinámicas que definen el comportamiento de un móvil en el plano a través de un modelo tipo bicicleta , al cual se integran características propias del automóvil que se desea simular: retardos, zonas muertas y limitadores de pendientes propios de los actuadores del AGV. La incorporación de los elementos mencionados al modelo creado permiten lograr resultados satisfactorios, generando rutas coherentes en su comportamiento y llegando a un error cuadrático medio entre la velocidad real del vehículo y la adquirida por el modelo en simulación no superior a un 4,6%. Para la implementación de la estrategia difusa de control de evasión de obstáculos se establece un controlador supervisor de ruta, que permite guiar al vehículo en caso de no detectarse un obstáculo. Dicho controlador es capaz de garantizar que el vehículo se mantenga en su carril; mostrando un error de seguimiento que no supera los 50 [cm] y caracterizado por una longitud de oscilación de aproximadamente 500 [m] en un periodo de 1 minuto, a una velocidad constante de 30 [Km/h]. Por otra parte, para efectos de la detección de un obstáculo en ruta de colisión, se implementa una estrategia que caracteriza el área frente del vehículo en tres zonas (central y laterales), para con ello determinar la ruta ideal a seguir, considerando al obstáculo como una función de probabilidad Gaussiana bivaluada, de medias y desviación estándar conocidas. Finalmente se presenta el diseño e implementación definitivos para el controlador propuesto, el cual es capaz de evadir obstáculos en ruta de colisión, manipulando el ángulo del volante y la velocidad del vehículo. Los resultados obtenidos al aplicar la lógica difusa de tipo Mamdani fueron satisfactorios, al permitir la evasión de obstáculos con una probabilidad mayor al 99,9%. Todo esto inmerso en un efectivo protocolo de seguridad que garantiza que el AGV no colisionará con un vehículo antecesor que frene intempestivamente o con obstáculos imposibles de evadir. Junto con lo anterior se minimiza la probabilidad de vuelco o derrape del vehículo a través de una disminución de la aceleración lateral gracias a una reducción planificada de su velocidad longitudinal.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Automação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Actualmente, los vehículos guiados de forma autónoma (AGV) son ampliamente utilizados en diversas aplicaciones industriales, razón por la cual el diseño e implementación de estrategias de control para estos sistemas es de vital importancia para responder a las exigencias de seguridad, productividad y eficiencia que se requieren en los ámbitos en los que se desempeñan estos vehículos. Aunque las variables de interés a supervisar en un AGV son variadas, destacan dos de ellas que es necesario controlar en todo vehículo autónomo: (i) la velocidad y (ii) la dirección. Diferentes estrategias de control se han explorado e implementado para llevar a cabo la supervisión de la velocidad y la dirección de un AGV, sobresaliendo entre ellas el control difuso. El objetivo general de este trabajo, enmarcado en el proyecto de Automatización de Vehículos y Maquinaria Minera Móvil del Centro Avanzado de Tecnología para la Minería (AMTC), es diseñar e implementar controladores difusos desacoplados para controlar la velocidad y dirección de un vehículo de escala real, en particular un Volkswagen® Tiguan. En el caso del controlador de velocidad, el diseño considera dos variables de entrada, el error de velocidad y la integral del error de velocidad, y una única salida que manipula la apertura de los pedales de aceleración y freno. El signo de la salida determina cual actuador es el que se activa frente a determinadas condiciones de velocidad. El diseño de los conjuntos difusos y la base de reglas del controlador apuntan a minimizar el uso del freno, evitar la alternancia entre el uso de los pedales, permitir controlar adecuadamente la velocidad del vehículo en un amplio rango de velocidades. Por otra parte, el diseño del controlador difuso de la dirección establece como variables de entrada el error del ángulo de las ruedas y la variación de dicho ángulo, y como variable de salida la variación del ángulo del volante. Los conjuntos difusos y la base de reglas de este controlador fueron diseñados con el fin de emular y mejorar el tiempo de respuesta de un conductor humano. Ambos controladores se validaron y evaluaron a nivel de simulación en un ambiente Matlab®- Simulink, obteniéndose resultados satisfactorios en todos los casos estudiados que involucraron pruebas con referencias de velocidad y ángulo de la ruedas basadas en escalones y rampas a fin de emular distintos tipos de conducción. De igual forma, los controladores difusos se mostraron robustos frente a perturbaciones, en particular aquellas asociadas a ruido en las referencias o en la retroalimentación. Se concluye de los resultados obtenidos en este trabajo que el control difuso constituye una estrategia de control efectiva para supervisar adecuadamente la velocidad y la dirección de un AGV, obteniéndose controladores robustos y capaces de cumplir adecuadamente con los requerimientos de tiempo de estabilización y sobrenivel máximo impuestos, a nivel de simulación. De igual forma, debido a la flexibilidad de la herramienta de control utilizada, se puede establecer que en una aplicación para un ambiente no simulado es posible obtener resultados similares a los conseguidos en este trabajo, realizando las modificaciones necesarias a los controladores diseñados, según las condiciones de operación del sistema de escala real.

Dissertação apresentada para obtenção parcial do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Vladimiro H. Miranda