Návrh řídicí jednotky pro rotační inverzní kyvadlo

Abstract

Obsahem této práce je vytvoření dynamického modelu kyvadla, návrh řízení v inverzní poloze, realizace úlohy swing-up a doplněné o řízený pád do stabilní polohy, návrh a integrace hardwaru se stávajícím modelem kyvadla a Implementace řízení za pomocí stavového automatu. Čtenář je seznámen s prvky reálného zařízení. Je analiticky sestaven modelu sloužící pro identifikaci parametrů a návrh řízení. Swing-up řízení je provedeno pomocí momentové metody a dvou energetických metody představujících single a multiple-swing behavior. V inverzní poloze je kyvadlo řízeno za pomocí LQR regulátoru. Pro řízený pád do stabilní polohy je využit PD regulátor. Pro účely řízení byla vybrána vývojová mikroprocesorová deska, která byla integrována do stávajícího modelu s minimálními změnami na funkcionalitu. Řízení bylo provedeno za pomocí stavového automatu, jehož odolnost vůči změně parametrů byla experimentálně prověřena.The scope of this thesis is to create a dynamic model of the pendulum, design the control in inverse position, implement the swing-up task and add a controlled fall to a stable position, design and integrate the hardware with the existing pendulum model and implement the control using a state machine. The reader is introduced to the elements of a real device. A model is analytically constructed to be used for parameter identification and control design. Swing-up control is implemented using the moment method and two energy methods representing single and multiple-swing behavior. In the inverse position, the pendulum is controlled using LQR controller. For controlled fall to stable position, PD controller is used. For control purposes, a developmental microprocessor board was selected and integrated into the existing model with minimal changes to the functionality. The control was performed using a state machine whose robustness to parameter changes was experimentally verified.