Modelado de las acciones de control de un ciclista sobre la bicicleta

Abstract

La bicicleta es un vehículo de transporte que existe desde el siglo XIX y que hoy en día es tan popular que hay miles de millones esparcidas por el mundo. Los niños de cualquier país aprenden a andar en ella muy jóvenes pero este aprendizaje es algo que se hace mediante procesos de prueba y error. Muy poco se entiende sobre el control de la bicicleta de forma más rigurosa. Este trabajo propone un modelo MATLAB/Simulink para el control de la bicicleta con un controlador PD que aplique una acción únicamente sobre el manillar de la bicicleta. El control estudiado en este trabajo se puede dividir en tres partes distintas. La primera está dedicada a la estabilización de la bicicleta frente a una perturbación en su ángulo de vuelco. Las dos últimas partes se dedican al control de la bicicleta para aplicar un giro usando dos metodologías distintas. La primera es aplicando una consigna de giro de duración determinada y observando el tiempo necesario para estabilizar la bicicleta tras esta consigna. La segunda metodología es dando una orden sobre el ángulo de guiñada deseado y que la bicicleta consiga seguir este ángulo. Por último, se unen los tres ejercicios en un mismo ejemplo para mostrar que el modelo puede permitir un control más complejo de la bicicleta y podría ser una base para aplicaciones más amplias.

A bicycle is a vehicle that has existed since the 19th century and is now so popular that there are billions spread around the world. Children from any country learn to ride it from a young age but their learning is done through trial and error. Very little is understood about the human control of the bicycle in a more rigorous and scientific sense. This thesis offers a MATLAB/Simulink model for the control of a bicycle with a PD controller that applies a steering torque to the handlebar. This control can be divided in three different parts. The first is dedicated to the stabilization of the bicycle after a disturbance to its roll angle. The two last parts are based around making the bicycle turn. One of the objectives here is for the bicycle to turn during any time and then being able to stabilize itself much like if it were remote controlled. The last objective that this work has itself is for the bicycle to be able to turn towards a certain direction from its departing spot, or better said to be able to precisely control the angle it will follow. The conclusion serves to join all three parts and show that the model presented in this work also allows for a more complex control and could be used as a basis for more varied applications.