Nemlineáris és robusztus szabályozók összehasonlítása pozícionálási feladatokban
Az elektronika és számítástechnika fejlődése lehetővé tette, hogy egyre összetettebb szabályozókat implementálhassunk megfizethető hardverekbe, ezzel utat nyitva a nemlineáris és robusztus szabályozóknak az ipari termékekbe. Nemlineáris és robusztus szabályozók lehetővé teszik, hogy a zárt szabályozási kör a munkapont egy nagyobb környezetében is teljesíteni tudja a tervezési elvárásokat, amely kiemelten fontos biztonságkritikus rendszerek szabályozásánál.
A csúszómód szabályozó egy nemlineáris, robusztus szabályozó, amely megfelelő tervezés esetén képes akár nemlineáris rendszerek szabályozására, ha a névleges modelltől a valós rendszer paraméterei vagy a külső zavarás nagysága nem tér el jobban, mint amit a tervezéskor figyelembe vettünk. A fenti tulajdonságai alkalmassá teszik például változó tömegű árukat áthelyező robotok szabályozására, ahol a robot trajektóriája az áru tömegétől függetlenül azonos lesz minden esetben, a tervezéskor meghatározott maximális tömegig.
Habár a csúszómód szabályozó implementálása egyszerű, a gyakorlatban a legnagyobb kihívást a rendszer csúszómódba lépésekor kialakuló lengések (az irodalomban csattogás) minimalizálása jelenti. A csattogást csúszófelület és/vagy a kapcsolási törvény megfelelő megválasztásával szokás csökkenteni, amelyek közül a jelen dolgozatban az utóbbi esetében elterjedt változatokat (klasszikus, Super Twisting és a magasabb rendű csúszómód) hasonlítjuk össze.
A csúszómód szabályozók mellett a klasszikus irányításelméletből egy PID, a modern irányításelméletből egy állapotvisszacsatoláson alapuló és a nemlineáris irányításelméletből egy egzakt linearizálásra épülő szabályozót is implementálunk, hogy átfogóbb képet kapjunk a különböző megoldások közötti különbségekről.
A tesztrendszer egy kefés egyenáramú motorból és a tengelyére rögzített ingából áll. A különböző szabályozóknak több (nem csak egyensúlyi) pozícióba kell vinniük az ingát, amivel a nemlineáris rendszer kezelésével kapcsolatos képességeiket vizsgáljuk. A kísérleteket megismételjük egyszer egy a névlegesnél hosszabb, egyszer pedig rövidebb ingával, amellyel a szabályozók robusztus tulajdonságát vizsgáljuk.
