شبیه‌سازی و پیاده‌سازی آزمایشگاهی کنترلر شبه لغزشی روی سیستم پاندول معکوس برای تاب به وضعیت قائم در حین تثبیت موقعیت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه اصفهان، اصفهان

3 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک و هوا-فضا، دانشگاه ایالتی نیویورک، بوفالو، امریکا

چکیده

شبیه‌سازی و پیاده‌سازی آزمایشگاهی کنترلر شبه لغزشی روی سیستم پاندول معکوس برای تاب به وضعیت قائم در حین تثبیت موقعیت
پاندول معکوس یکی از سیستم‌های پرچالش از نظر دینامیکی و کنترلی است و به‌همین دلیل جهت برآورد کارآیی کنترل‌کننده‌های جدید مورد توجه است. پیچیدگی مسأله وقتی افزوده می‌شود که در مورد به‌حالت قائم درآوردن پاندول از وضعیت تعادل پایینی بحث شود. این سیستم، سیستمی غیرخطی و کم‌عملگر است و این خاصیت‌ها چالش‌های بزرگ کنترلی محسوب می‌شوند. به‌همین دلیل استفاده از کنترل‌کننده‌های متداول برای این سیستم مناسب نیست. البته این سیستم از حیث کنترل‌پذیری با وجود یک ورودی دارای شرایط لازم می‌باشد. در این تحقیق یک کنترل‌کننده دو مرحله‌ای بر پایه انرژی سیستم به‌منظور حرکت پاندول از تعادل پایینی به‌سمت تعادل ناپایدار بالایی و حفظ آن در این نقطه ارائه شده‌است. در این کنترل‌کننده، انتقال از قسمت غیرخطی به قسمت خطی توسط یک مسیر لغزشی پایدار انجام می‌شود. استفاده از این مسیر لغزشی به‌جای انتقال مستقیم، هزینه کنترلی سیستم برای پایدارسازی را کاهش داده و گذری هموار از قسمت غیرخطی به خطی ایجاد می‌کند. این گذر هموار امکان موفقیت کنترل‌کننده در شرایط مختلف را نیز فراهم می‌کند. نتایج شبیه‌سازی و تست‌های عملی نیز این موضوع را تایید می‌نمایند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]           Wiklund M., Kristenson A., and Aström K. J., A new strategy for swinging up an inverted pendulum, Vol. 3, No. 1, pp. 757–760, 1995.
[2]           Chung C. C. and Hauser J., Nonlinear control of a swinging pendulum, Vol. 31, No. 6, pp. 851-862, 1995.
[3]           Åström K. J., and Furuta K., Swinging up a pendulum by energy control, Vol. 36, No. 2, pp. 287-295, 2000.
[4]           Chatterjee D., Patra A., and Joglekar H. K., Swing-up and stabilization of a cart–pendulum system under restricted cart track length, Vol. 47, No. 4, pp. 355-364, 2002.
[5]           Holzhüter T., Optimal regulator for the inverted pendulum via Euler–Lagrange backward integration, Vol. 40, No. 9, pp. 1613-1620, 2004.
[6]           Manuel F. Pérez P., Manuel Pérez M., and Javier Gil C., Swing-up and positioning control of an inverted wheeled cart pendulum system with chaotic balancing motions, Vol. 47, No. 6, pp. 655-665, 2012.
[7]           Park M. S., and Chwa D., Swing-up and stabilization control of inverted-pendulum systems via coupled sliding-mode control method, Vol. 56, No. 9, pp. 3541-3555, 2009.
[8]           Durand S., Castellanos J. F. G., Marchand N., and Sanchez W. F. G., Event-based control of the inverted pendulum: Swing up and stabilization, Vol. 15, No. 3, pp. 96-104, 2013.
[9]           Otani Y., Kurokami T., Inoue A., and Hirashima Y., A swingup control of an inverted pendulum with cart position control, Proceedings of IFAC Conference on New Technologies for Computer Control. Hong Kong, 2001.