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Modelagem, identificação e controle de um pêndulo invertido de duas rodas

This dissertation presents the construction of a two-wheeled inverted pendulum educational board, as well as its virtual prototyping using the MSC ADAMS software. Through this tool it was possible to study and simulate the dynamic behavior of this unstable, multivariable and nonlinear system. The ma...

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Autor principal: Chaves, Wagner de Souza
Formato: Dissertação
Idioma: Português
Publicado em: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2020
Assuntos:
Pêndulo
Engenharia de protótipos
Equilíbrio
Pendulum
Prototypes, Engineering
Equilibrium
x
Engenharia Mecânica
Acesso em linha: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5428
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spelling riut-1-54282020-11-04T06:01:16Z Modelagem, identificação e controle de um pêndulo invertido de duas rodas Design, identification and control of a two wheeled inverted pendulum Chaves, Wagner de Souza Borges, Adailton Silva http://lattes.cnpq.br/1976568434573411 Borges, Adailton Silva http://lattes.cnpq.br/1976568434573411 Agulhari, Cristiano Marcos http://lattes.cnpq.br/4935395556663775 Geromel, Luiz Henrique http://lattes.cnpq.br/3945660888230811 Pêndulo Engenharia de protótipos Equilíbrio Pendulum Prototypes, Engineering Equilibrium x Engenharia Mecânica This dissertation presents the construction of a two-wheeled inverted pendulum educational board, as well as its virtual prototyping using the MSC ADAMS software. Through this tool it was possible to study and simulate the dynamic behavior of this unstable, multivariable and nonlinear system. The mathematical model to represent the system dynamics was derived using Newton-Euler method. Then, balance and direction controllers were designed to make the robot travel through a path while it balances by itself. The robust control technique H∞ via LMI was used and unstructured uncertainties were considered in the mathematical model of the system. Finally, the designed controller was applied to the virtual prototype using co-simulation between MSC ADAMS and MATLAB/Simulink and the results were compared with the control applied in the mathematical model. Once validated, the control system was applied to the real prototype. Esta dissertação apresenta a construção de uma planta didática de um pêndulo invertido de duas rodas, assim como a prototipagem virtual da mesma utilizando o software MSC ADAMS. Por meio desta ferramenta foi possível estudar e simular o comportamento dinâmico deste sistema instável, multivariável e não linear. O modelo matemático para representar a dinâmica do sistema foi obtido utilizando o método de Newton-Euler. Em seguida, controladores de equilíbrio e direção foram projetados para fazer o robô percorrer uma trajetória equilibrando-se de forma automática. A técnica de controle robusto H∞ via LMI foi utilizada e incertezas não estruturadas foram consideradas no modelo matemático do sistema. Por fim, o controlador projetado foi aplicado no protótipo virtual utilizando co-simulação entre o MSC ADAMS e o MATLAB/Simulink e os resultados foram comparados com o controle aplicado no modelo matemático. Após validado, o sistema de controle foi aplicado ao protótipo real. 2020-11-03T18:01:02Z 2020-11-03T18:01:02Z 2020-04-03 masterThesis CHAVES, Wagner de Souza. Modelagem, identificação e controle de um pêndulo invertido de duas rodas. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5428 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Cornelio Procopio Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica UTFPR
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Chaves, Wagner de Souza
Modelagem, identificação e controle de um pêndulo invertido de duas rodas
description This dissertation presents the construction of a two-wheeled inverted pendulum educational board, as well as its virtual prototyping using the MSC ADAMS software. Through this tool it was possible to study and simulate the dynamic behavior of this unstable, multivariable and nonlinear system. The mathematical model to represent the system dynamics was derived using Newton-Euler method. Then, balance and direction controllers were designed to make the robot travel through a path while it balances by itself. The robust control technique H∞ via LMI was used and unstructured uncertainties were considered in the mathematical model of the system. Finally, the designed controller was applied to the virtual prototype using co-simulation between MSC ADAMS and MATLAB/Simulink and the results were compared with the control applied in the mathematical model. Once validated, the control system was applied to the real prototype.
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