Modelagem e controle de robô pêndulo invertido sobre rodas
The inverted pendulum robot on wheels is a classic plant of control systems, non-linear and unstable in open loop. In this work, modeling is carried out using fundamental physical laws of the constituent parts of the robot: the pendulum, the wheel and the activation motors. The aggregation of the eq...
| Autor principal: | TEIXEIRA, Telson Galdino Pinheiro |
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| Grau: | Trabalho de Curso - Graduação - Monografia |
| Publicado em: |
2023
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| Acesso em linha: |
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oai:https:--bdm.ufpa.br:8443:prefix-53722025-01-22T14:52:58Z Modelagem e controle de robô pêndulo invertido sobre rodas TEIXEIRA, Telson Galdino Pinheiro TEIXEIRA, Raphael Barros http://lattes.cnpq.br/4902824086591521 Sistemas de controle Robô pêndulo invertido sobre rodas Modelo no espaço de estados Control system Inverted pendulum robot on wheels Model no space of states CNPQ::ENGENHARIAS The inverted pendulum robot on wheels is a classic plant of control systems, non-linear and unstable in open loop. In this work, modeling is carried out using fundamental physical laws of the constituent parts of the robot: the pendulum, the wheel and the activation motors. The aggregation of the equations of these parts leads to a fourth-order model that expresses the dynamic properties of the system. The adopted control strategy was of the model pole reallocation in state space. Since this is a linear technique, there was a need to linearize the model around the desired operating point for the system. The fourth-order linear model proved to be controllable, but unobservable, so that it was necessary to exclude one of the variables from the model, leading to a third-order controllable and observable structure. The controller and observer design were successful, and computational results of the controlled system performance were obtained. The work also presents the description, design and implementation of the real plant, to be used in the implementation of the control strategy in future works. O robô pêndulo invertido sobre rodas é uma planta clássica de sistemas de controle, não linear e instável em malha aberta. Neste trabalho é realizada a modelagem utilizando leis físicas fundamentais das partes constitutivas do robô: o pêndulo, a roda e os motores de ativação. A agregação das equações destas partes conduz a um modelo de quarta ordem que expressa as propriedades dinâmicas do sistema. A estratégia de controle adotada foi do tipo realocação de polos do modelo no espaço de estados. Em se tratando de uma técnica linear, houve a necessidade de realizar a linearização do modelo em torno do ponto de operação desejado para o sistema. O modelo linear de quarta ordem mostrou-se controlável, porém não-observável, de maneira que foi necessário excluir uma das variáveis do modelo conduzindo a uma estrutura controlável e observável de terceira ordem. O projeto de controlador e observador foram bem sucedidos, e resultados computacionais do desempenho do sistema controlado foram levantados. O trabalho apresenta ainda a descrição, projeto e implementação da planta real, a ser utilizada na implementação da estratégia de controle em trabalhos futuros. 2023-03-07T18:07:03Z 2023-03-07T18:07:03Z 2023-01-17 Trabalho de Curso - Graduação - Monografia TEIXEIRA, Telson Galdino Pinheiro. Modelagem e controle de robô pêndulo invertido sobre rodas. Orientador: Raphael Barros Teixeira. 2023. 81, [1] f. Trabalho de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) – Faculdade de Engenharia Elétrica, Campus Universitário de Tucuruí, Universidade Federal do Pará, Tucuruí, 2023. Disponível em: https://bdm.ufpa.br:8443/jspui/handle/prefix/5372. Acesso em:. https://bdm.ufpa.br:8443/jspui/handle/prefix/5372 Acesso Aberto Disponível na Internet via Sagitta |
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Biblioteca Digital de Monografias - UFPA |
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The inverted pendulum robot on wheels is a classic plant of control systems, non-linear and unstable in open loop. In this work, modeling is carried out using fundamental physical laws of the constituent parts of the robot: the pendulum, the wheel and the activation motors. The aggregation of the equations of these parts leads to a fourth-order model that expresses the dynamic properties of the system. The adopted control strategy was of the model pole reallocation in state space. Since this is a linear technique, there was a need to linearize the model around the desired operating point for the system. The fourth-order linear model proved to be controllable, but unobservable, so that it was necessary to exclude one of the variables from the model, leading to a third-order controllable and observable structure. The controller and observer design were successful, and computational results of the controlled system performance were obtained. The work also presents the description, design and implementation of the real plant, to be used in the implementation of the control strategy in future works. |
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