Attitude control of inverted pendulums using reaction wheels and variable speed control moment gyroscope - Trentin, João Francisco Silva (2020)
O controle de pêndulos invertidos têm atraído atenção e motivado o desenvolvimento de pesquisa nas áreas de controle e robótica por muitas décadas. Esses sistemas podem aproximar a dinâmica de aplicações de engenharia e do mundo real. Além disso, diferentes dispositivos de troca de momento angular podem ser utilizados como atuadores para o controle de pêndulos invertidos. Essa tese de doutorado investiga novas configurações de pêndulo que empregam rodas de reação ou controle por momento giroscópico com velocidade variável para levar e controlar um pêndulo rígido na posição invertida. Uma configuração utilizando duas rodas de reação é introduzida e controladores lineares e não lineares são projetados. O desempenho deles é verificado experimentalmente em uma planta construída pelo autor e que emprega uma hardware de baixo custo para os controladores em tempo real. Além do mais, a utilização do controle por momento giroscópico com velocidade variável combinando a variação do momento angular em amplitude e direção é realizada para o controle de dois pêndulos invertidos diferentes. Primeiramente, um pendulo rígido planar clássico é estudado onde são apresentados o modelo e um controlador não linear obtido a partir da teoria de Lyapunov. Ademais, para uma melhor avaliação, as configurações de pêndulo propostas são comparadas com o conhecido pêndulo com roda de reação e os resultados das configurações propostas mostram o aperfeiçoamento no desempenho. Posteriormente, o modelo e controlador para um pêndulo 3D genérico com um dispositivo de controle por momento giroscópico com velocidade variável são apresentados. A partir de hipóteses apropriadas, esse novo modelo resulta em um pêndulo esférico que também é controlado na posição invertida.