Reglarea după stare a sistemului pendul invers

Licență
8/10 (1 vot)
Domeniu: Calculatoare
Conține 1 fișier: docx
Pagini : 45 în total
Cuvinte : 7702
Mărime: 1.78MB (arhivat)
Cost: 6 puncte
Facultatea de Automatica si Calculatoare
Universitatea "Politehnica" din Timisoara, Timisoara

Cuprins

1. Introducere ... 7

2. Sistemul pendul - cărucior ... 8

2.1. Stadiul actual al cercetării . 8

2.2. Echipament 8

2.3. Modelare matematică .. 14

3. Structuri de reglare 19

3.1. Structura de reglare automată după stare (SRA-x) .. 19

3.2. Metodologia de proiectare/dezvoltare 24

3.3. Studiul de caz al polilor .. 27

4. Experimente 29

4.1. Controlul regulilor de bază .30

4.2. Controlul PI 30

4.3. Rezultate experimentale utilizând SRA-x ..33

5. Concluzii .. 43

6. Bibliografie .. 44

Extras din document

1 Introducere

Obiectivul acestei lucrări este studierea unui sistem de reglare automată după stare, aplicat în cadrul unui sistem de laborator, cunoscut sub denumirea de „pendul invers” sau sistem pendul - cărucior. Echipamentul a fost utilizat încă din anii 1985 pentru descrierea locomoției umane [1], [2]. Același principiu este utilizat la stabilizarea rachetelor și la echipamentele moderne de deplasare, de exemplu segway sau hoverboard.

Sistemul pendul - cărucior poate ilustra mai multe probleme complexe și atipice ale teoriei de control. Următoarele caracteristici sunt esențiale pentru sistemul supus atenției:

- are patru variabile de stare și o variabilă de control;

- dinamica este descrisă de o ecuație diferențială de ordinul patru sau de patru ecuații diferențiale de ordinul întâi;

- există un număr infinit de puncte de echilibru pentru sistemul necontrolat; există de asemenea un număr infinit de puncte de echilibru pentru sistemul cu feedback liniar;

- sistemul este neliniar;

- controlul este limitat;

- lungimea șinei este limitată și poziția căruciorului de asemenea.

Aplicațiile reale ale unui astfel de sistem neliniar se regăsesc în mai multe domenii, precum robotică, medicină, știință sau divertisment. Una dintre cele mai simple probleme în robotică este controlarea poziției unei singure legături utilizând o forță de direcție aplicată. Sistemele de echilibrare la sol sunt modele demonstrative impresionante ale problemelor de stabilizare a rachetelor. Macaraua utilizată la portul de expediere este un alt exemplu de sistem electromecanic neliniar care are un comportament dinamic complex și care creează probleme de control provocatoare. Din punct de vedere matematic, ambele sunt doar un

pendul în poziție stabilă sau instabilă.

„Pendulul invers” a reprezentat o componentă de bază în proiectarea primelor seismometre, datorită instabilității sale inerente, rezultând un răspuns măsurabil la diverse perturbații posibile [3].

2 Sistemul pendul-cărucior

2.1 Stadiul actual al cercetării

În ultimii ani, modelul de „pendul invers” este utilizat în anumite forme de dispozitive de transport personal. Spre exemplu, dispozitivul Segway PT, produs de firma Segway Inc., este constituit dintr-o platformă joasă pe care se poate urca o persoană, având în dreapta și în stânga câte o roată de mărime mijlocie și în mijloc o tijă subțire și înaltă ce ține loc de ghidon, ca o trotinetă cu mânere [4].

În robotică, mai ales, sistemele de echilibrare sunt dezvoltate folosind modelul de „pendul invers”. Aceste aplicații se regăsesc în mașinile de transport care necesită echilibrarea obiectelor, în sistemele care sprijină mersul pe jos al pacienților, în roboți de uz casnic și industrial și în transportul de obiecte prin aer folosind drone.

2.2 Echipament

Sistemul pendul - cărucior este alcătuit dintr-un pendul montat pe un cărucior, astfel încât pendulul să se poată roti liber numai în plan vertical. Căruciorul este acționat de un motor alimentat în curent continuu [1], [5]. Pentru a balansa și pentru a echilibra pendulul, căruciorul este deplasat înainte și înapoi pe o șină de lungime limitată.

Fig. 2.2.1. Setarea pendul - cărucior.

Pozițiile verticale staționare ale pendulului (în poziție verticală sus și jos) sunt poziții de echilibru atunci când nu se aplică nicio forță. În poziție verticală, o mică abatere de la aceasta duce la o mișcare instabilă. În general, problema de control a pendulului este de a aduce pendulul la una din pozițiile de echilibru. De preferat este să se facă acest lucru cât mai repede posibil, cu puține oscilații și fără a lăsa unghiul și viteza să devină prea mari. După atingerea poziției dorite, se urmărește menținerea sistemului în această stare, în ciuda perturbațiilor aleatorii. Controlarea manuală a sistemului pendul - cărucior este posibilă numai pentru o sarcină simplă, de exemplu pentru deplasarea căruciorului pe șină dintr-o parte în alta [1]. Pentru sarcini mai complicate (cum ar fi stabilizarea pendulului în poziția superioară) trebuie implementat un sistem de control pe bază de feedback (a se vedea Fig.

2.2.2):

Bibliografie

[1] Pendulum - Cart System User’s Manual, Inteco Ltd., Krakow, Poland, 2008.

[2] M. A. Townsend, 1985. Biped gait stabilization via foot placement. J. Biomech. 18, 21-38. doi:10.1016/0021-9290(85)90042-9.

[3] http://earthquake.usgs.gov/learn/topics/seismology/history/part12.php

[4] https://ro.wikipedia.org/wiki/Segway_PT

[5] http://www.inteco.com.pl/products/pendulum-cart-control-system/

[6] S. Preitl, Structuri și algoritmi pentru conducerea automată a proceselor, note de curs, Universitatea Politehnica Timișoara, 2009.

[7] T.-L. Dragomir, Elemente de teoria sistemelor, vol. 1, Editura Politehnica, Timișoara, 2004

[8] https://www.mathworks.com/help/control/ref/ss.html

[9] https://www.mathworks.com/help/control/ref/tf.html

[10] R.-E. Precup, Matematici asistate de calculator. Algoritmuri, Editura Orizonturi Universitare, Timișoara, 2007.

[11] R.-E. Precup, Ingineria reglării automate, note de curs, Universitatea “Politehnica” din Timișoara, Timișoara, 2009.

[12] S. Preitl și R.-E. Precup, Elemente de reglare automată, Editura Orizonturi

Universitare, Timișoara, 2005.

[13] C. Gavriluță, Tehnici de tip Iterative Learning Control. Aplicații în reglarea sistemului

„pendul invers”, proiect de diplomă, Universitatea “Politehnica” din Timișoara, Timișoara, 2009.

[14] T.-L. Dragomir și S. Preitl, Teoria sistemelor și reglaj automat, I, II, Tipografia

Institutului Politehnic “Traian Vuia” din Timișoara, Timișoara, 1979.

Preview document

Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 1
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 2
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 3
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 4
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 5
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 6
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 7
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 8
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 9
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 10
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 11
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 12
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 13
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 14
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 15
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 16
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 17
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 18
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 19
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 20
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 21
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 22
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 23
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 24
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 25
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 26
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 27
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 28
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 29
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 30
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 31
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 32
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 33
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 34
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 35
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 36
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 37
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 38
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 39
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 40
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 41
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 42
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 43
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 44
Reglarea după stare a sistemului pendul invers - Pagina 45

Conținut arhivă zip

  • Reglarea dupa stare a sistemului pendul invers.docx

Alții au mai descărcat și

Monitorizarea și Controlul Temperaturii într-o Casă Inteligentă Utilizând Mediul de Programare Grafică Labview

CAPITOLUL I CARACTERISTICILE GENERALE ALE UNEI LOCUINŢE INTELIGENTE 1.1. Prezentare generală. O întrebare care ne frământa din ce în ce mai des,...

E-Learning

Premizele crearii societatii informationale au fost asigurate prin producerea masiva si raspândirea vertiginoasa a calculatoarelor electronice,...

Comanda Mpp Implementata pe Calculator

INTRODUCERE Apariţia microprocesoarelor, microcontrolerelor şi a calculatoarelor personale a deschis noi posibilităţi controlului şi comenzii in...

Medicină

În proiectul de curs am descris dispozitivul de înregistrare Electrocardiograful. Electrocardiograful este un dispozitiv înregistrator legat la...

Stabilitatea microprocesoarelor sub influența factorilor termici

1. Metode de măsurare a temperaturii 1.1 MASURAREA TEMPERATURII. NO|IUNI GENERALE Masurarea temperaturii se bazeaza pe diferite efecte fizice...

Arhitectura Calculatoarelor - Intel vs AMD

Rezultatele din testul 3DS Max 7 SPECapc Test Testul alaturat consta in crearea modelelor 3D, modificarea si randarea scripturilor. Conform...

Te-ar putea interesa și

Pendulul Inversat

Prezentarea problemei Se da un pendul invers pe un carucior actionat de un motor de curent continuu cu turatia reglata pe indus. Acesta este un...

Servomecanisme

Structura si functionarea sistemelor de pozitionare În aplicatiile industriale foarte adesea este necesara realizarea unor pozitionari precise...

Ai nevoie de altceva?