Inverz inga egyensúlyozása
Inverz inga egyensúlyozása
Budai Csaba Budai MSc II. évf.
e-mail: budaicsaba88@gmail.com
Konzulens: Dr. Insperger Tamás, Műszaki Mechanikai Tanszék
e-mail: insperger@mm.bme.hu
Egy olyan robotot vizsgálunk, amely képes saját magát egyensúlyozni. A robotot modellezhetjük egy olyan inverz ingaként, ahol az inga egy kerékhez kapcsolódik. A mechanikai modell alapján felírhatjuk a rendszer nemlineáris mozgásegyenletét.
A felső egyensúlyi helyzet körüli linearizálás után kialakíthatjuk a rendszer állapot-tér modelljét a Cauchy-féle normálalak segítségével, majd állapot-visszacsatolással meghatározzuk a szabályozáshoz szükséges nyomaték értékét.
Első közelítésben analóg rendszert feltételezünk. A valósidejű rendszer stabilitási tulajdonságait a Routh-Hurwitz stabilitási kritériummal vizsgáljuk. Ezután, mint mintavételes, időkésleltetett digitális rendszert vizsgáljuk.
Mind analóg, mind pedig digitális rendszer esetén a stabilitási diagramokat négy dimenziós stabilitási térképen ábrázoljuk. Különböző szabályozási paraméterek esetén vizsgáljuk a rendszer aszimptotikusan stabilis viselkedését numerikus szimuláció segítségével. A kapott eredményeket számítógépes animáció segítségével is szemléltetjük.
Felhasználva az analitikus számítások eredményeit egy kísérleti berendezést tervezünk. Kiválasztjuk a szabályozáshoz használható beavatkozó egységet. A tervek alapján a szükséges alkotóelemeket legyártjuk, valamint összeszereljük a megtervezett beágyazott rendszert. A szükséges jelek mérésére alkalmas érzékelőket megválasztjuk, valamint megtervezzük az érzékelők jeleihez szükséges feldolgozó elektronikát.
A vezérlő elektronika központi egysége egy digitális jelfeldolgozó processzor (DSP), amely segítségével meghatározzuk a szabályozáshoz szükséges beavatkozó nyomatékot és továbbítjuk a motorvezérlő elektronikán keresztül a szervomotor felé. A vezérlő elektronika tartalmazza a processzor és a további perifériaelemek tápellátását, a jelek szintjének illesztését a processzorhoz. A megtervezett vezérlőelektronika továbbá tartalmaz egy flash memóriára történő adatmentési lehetőséget is.
A processzor és a motorvezérlő elektronika között szabványosított CANopen kommunikációt használunk, valamint a számítógép és a processzor közötti kommunikációt Bluetooth modul segítségével valósítjuk meg.
