Construção, modelagem e controle de um pêndulo com roda de reação utilizando técnicas modernas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Andreassa, Marcio Maesta
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Pêndulo invertido por roda de reação
Hardwares de baixo custo
Controladores lineares
Software SCADA
Swing up
Reaction wheel pendulum
Low cost hardware
Linear controllers
Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/234886
Resumo: Este trabalho tem o foco na modelagem e controle do pêndulo invertido por roda de reação. É uma variante relativamente nova do pêndulo invertido com dinâmica não linear, que utiliza como atuador uma roda de reação para troca de momento angular, que tem sido de interesse às áreas de robótica, pesquisa, acadêmica e aeroespacial. Esta dissertação propõe a modelagem e controle para elevar o pêndulo e estabilizá-lo em um ponto de equilíbrio instável. O pêndulo foi construído com estruturas mecânicas de baixo custo, e também é empregado uma simulação pelo software Matlab Simulink, para análise de desempenho a partir dos parâmetros calculados e obtidos experimentalmente. Para levar o pêndulo até a vizinhança do ponto de equilíbrio instável, foi aplicado um método inspirado no controle de energia, desenvolvendo um movimento denominado swing up. O controlador linear empregado para estabilizar o pêndulo sobre um ponto de um equilíbrio instável consiste de um controle por realimentação de estados. Para a troca de controladores em suas regiões de atuação, foi desenvolvida uma estratégia de chaveamento. A estratégia de chaveamento foi implementada por um microcontrolador, sendo o motor da roda de reação alimentado a partir de uma ponte H. Um software de supervisão e aquisição de dados foi implementado no modelo experimental, com qual é possível, em tempo real, ajustar os ganhos dos controladores e analisar as respostas em gráficos.
id UNSP_b54a3962f9565b80b4b0b4df6080a81a
oai_identifier_str oai:repositorio.unesp.br:11449/234886
network_acronym_str UNSP
network_name_str Repositório Institucional da UNESP
repository_id_str
spelling Construção, modelagem e controle de um pêndulo com roda de reação utilizando técnicas modernasConstruction, modeling and control of a reaction wheel pendulum using modern techniquesPêndulo invertido por roda de reaçãoHardwares de baixo custoControladores linearesSoftware SCADASwing upReaction wheel pendulumLow cost hardwareLinear controllersEste trabalho tem o foco na modelagem e controle do pêndulo invertido por roda de reação. É uma variante relativamente nova do pêndulo invertido com dinâmica não linear, que utiliza como atuador uma roda de reação para troca de momento angular, que tem sido de interesse às áreas de robótica, pesquisa, acadêmica e aeroespacial. Esta dissertação propõe a modelagem e controle para elevar o pêndulo e estabilizá-lo em um ponto de equilíbrio instável. O pêndulo foi construído com estruturas mecânicas de baixo custo, e também é empregado uma simulação pelo software Matlab Simulink, para análise de desempenho a partir dos parâmetros calculados e obtidos experimentalmente. Para levar o pêndulo até a vizinhança do ponto de equilíbrio instável, foi aplicado um método inspirado no controle de energia, desenvolvendo um movimento denominado swing up. O controlador linear empregado para estabilizar o pêndulo sobre um ponto de um equilíbrio instável consiste de um controle por realimentação de estados. Para a troca de controladores em suas regiões de atuação, foi desenvolvida uma estratégia de chaveamento. A estratégia de chaveamento foi implementada por um microcontrolador, sendo o motor da roda de reação alimentado a partir de uma ponte H. Um software de supervisão e aquisição de dados foi implementado no modelo experimental, com qual é possível, em tempo real, ajustar os ganhos dos controladores e analisar as respostas em gráficos.This work focuses on the modeling and control of a reaction wheel pendulum. It is a relatively new variant of the inverted pendulum with nonlinear dynamics, that uses a reaction wheel as an actuator to exchange angular momentum, which has been of interest, for instance, in robotics, research and aerospace. This dissertation proposes the modeling and control to raise the pendulum and stabilize it an unstable equilibrium point. The pendulum was built with low-cost mechanical structures, and the numerical simulation was carried out using Simulink software, to verify the performance analysis based on the calculated parameters and those obtained experimentally. To bring the pendulum to the neighborhood of an unstable equilibrium point, a method inspired in energy control is applied, developing a movement called swing up. The linear controller used to stabilize the pendulum over an unstable equilibrium point consists of a state feedback control. For the switch of controllers in their operating regions, a switching strategy is developed. The switching strategy was implemented by a microcontroller, with the reaction wheel being powered with an H-bridge. A supervision and data acquisition software is implemented in the experimental model, in which it is possible, in real time, to adjust the gains of the controllers and analyze the responses in graphs.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: 001Universidade Estadual Paulista (Unesp)Ribeiro, Jean Marcos de Souza [UNESP]Universidade Estadual Paulista (Unesp)Andreassa, Marcio Maesta2022-05-25T16:44:19Z2022-05-25T16:44:19Z2022-04-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11449/23488633004099080P0porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNESPinstname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)instacron:UNESP2024-08-05T17:42:56Zoai:repositorio.unesp.br:11449/234886Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.unesp.br/oai/requestrepositoriounesp@unesp.bropendoar:29462024-08-05T17:42:56Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)false
dc.title.none.fl_str_mv Construção, modelagem e controle de um pêndulo com roda de reação utilizando técnicas modernas
Construction, modeling and control of a reaction wheel pendulum using modern techniques
title Construção, modelagem e controle de um pêndulo com roda de reação utilizando técnicas modernas
spellingShingle Construção, modelagem e controle de um pêndulo com roda de reação utilizando técnicas modernas
Andreassa, Marcio Maesta
Pêndulo invertido por roda de reação
Hardwares de baixo custo
Controladores lineares
Software SCADA
Swing up
Reaction wheel pendulum
Low cost hardware
Linear controllers
title_short Construção, modelagem e controle de um pêndulo com roda de reação utilizando técnicas modernas
title_full Construção, modelagem e controle de um pêndulo com roda de reação utilizando técnicas modernas
title_fullStr Construção, modelagem e controle de um pêndulo com roda de reação utilizando técnicas modernas
title_full_unstemmed Construção, modelagem e controle de um pêndulo com roda de reação utilizando técnicas modernas
title_sort Construção, modelagem e controle de um pêndulo com roda de reação utilizando técnicas modernas
author Andreassa, Marcio Maesta
author_facet Andreassa, Marcio Maesta
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Ribeiro, Jean Marcos de Souza [UNESP]
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.contributor.author.fl_str_mv Andreassa, Marcio Maesta
dc.subject.por.fl_str_mv Pêndulo invertido por roda de reação
Hardwares de baixo custo
Controladores lineares
Software SCADA
Swing up
Reaction wheel pendulum
Low cost hardware
Linear controllers
topic Pêndulo invertido por roda de reação
Hardwares de baixo custo
Controladores lineares
Software SCADA
Swing up
Reaction wheel pendulum
Low cost hardware
Linear controllers
description Este trabalho tem o foco na modelagem e controle do pêndulo invertido por roda de reação. É uma variante relativamente nova do pêndulo invertido com dinâmica não linear, que utiliza como atuador uma roda de reação para troca de momento angular, que tem sido de interesse às áreas de robótica, pesquisa, acadêmica e aeroespacial. Esta dissertação propõe a modelagem e controle para elevar o pêndulo e estabilizá-lo em um ponto de equilíbrio instável. O pêndulo foi construído com estruturas mecânicas de baixo custo, e também é empregado uma simulação pelo software Matlab Simulink, para análise de desempenho a partir dos parâmetros calculados e obtidos experimentalmente. Para levar o pêndulo até a vizinhança do ponto de equilíbrio instável, foi aplicado um método inspirado no controle de energia, desenvolvendo um movimento denominado swing up. O controlador linear empregado para estabilizar o pêndulo sobre um ponto de um equilíbrio instável consiste de um controle por realimentação de estados. Para a troca de controladores em suas regiões de atuação, foi desenvolvida uma estratégia de chaveamento. A estratégia de chaveamento foi implementada por um microcontrolador, sendo o motor da roda de reação alimentado a partir de uma ponte H. Um software de supervisão e aquisição de dados foi implementado no modelo experimental, com qual é possível, em tempo real, ajustar os ganhos dos controladores e analisar as respostas em gráficos.
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022-05-25T16:44:19Z
2022-05-25T16:44:19Z
2022-04-25
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/11449/234886
33004099080P0
url http://hdl.handle.net/11449/234886
identifier_str_mv 33004099080P0
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual Paulista (Unesp)
publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual Paulista (Unesp)
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UNESP
instname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)
instacron:UNESP
instname_str Universidade Estadual Paulista (UNESP)
instacron_str UNESP
institution UNESP
reponame_str Repositório Institucional da UNESP
collection Repositório Institucional da UNESP
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)
repository.mail.fl_str_mv repositoriounesp@unesp.br
_version_ 1854955136746520576

Registros relacionados