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Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Projeto, modelagem, simulação, construção e controle de um veículo de duas rodas pêndulo invertido
Author: Silva, Gustavo Diniz
First Advisor: Tavares, José Jean-Paul
First member of the Committee: Murofushi, Rodrigo Hiroshi
Second member of the Committee: Sanches, Leonardo
Summary: Esse trabalho visa obter o equilíbrio estático da posição vertical de um veículo de duas rodas do tipo pêndulo invertido, utilizando controladores PIDs obtidos através de técnicas clássicas como a sintonia experimental e o método do lugar das raízes e utilizando também controladores mais sofisticados como o controlador Fuzzy. Para isso, foi realizado o projeto de um novo veículo de duas rodas, e sua construção é detalhada ao longo do trabalho. Com esse veículo foi possível obter bons resultados com as técnicas de controle apresentadas. O veículo foi modelado utilizando o formalismo de Newton-Euler. Como nem sempre é fácil manter o veículo dentro das condições de linearização o modelo não linear obtido foi utilizado para a simulação do veículo com auxílio do método numérico Runge-Kutta de 4° ordem, para obter um resultado mais semelhante possível do comportamento real do veículo. Após a identificação dos parâmetros do veículo as respostas da simulação e em tempo real foram comparadas e utilizando testes estatísticos com 95% de confiança foi observado que as respostas não são diferentes para a maioria dos controladores. Ao projetar um controlador utilizando o modelo linear, dependendo das condições de operação do veículo esse controlador poderá não cumprir os requisitos de projeto, dessa forma também foi proposto uma forma de adaptar um controlador PID obtido pelo método do lugar das raízes ao modelo não linear utilizando a simulação, e foi observado uma melhora substancial do controlador com parâmetros adaptados.
Abstract: This work aims to obtain the static equilibrium of the vertical position of an two-wheeled inverted pendulum vehicle using PID controllers obtained through classical techniques as experimental tuning and the root locus method and also using more sophisticated controllers such as the Fuzzy controller . For this, the design of a new two-wheeled vehicle was realized, and its construction is detailed throughout the work. With this vehicle it was possible to obtain good results with the presented control techniques. The nonlinear dynamic model of the two-wheeled inverted pendulum is obtained through the Newton-Euler formulation. Since it is not always possible to keep the vehicle within the linearization conditions, the nonlinear model obtained was used to simulate the vehicle using the 4th order Runge-Kutta method, to obtain a result similar to the actual behavior of the vehicle. After the identification of the vehicle’s parameters, the simulation and real-time responses were compared and using statistical tests with 95% confidence, it was observed that the responses are not different for most the controllers. When designing a controller using the linear model, depending on the vehicle’s operating conditions, this controller might not accomplish the project requirements, so it was also proposed a way to adapt a PID controller obtained by the root locus method to the nonlinear model using the simulation, and a substantial improvement of the controller with adapted parameters was observed.
Keywords: Inverted pendulum
Nonlinear model
PID controller
Fuzzy Controller
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::CONTROLE DE SISTEMAS MECANICOS
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::ESTATICA E DINAMICA APLICADA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: SILVA, Gustavo Diniz. Projeto, modelagem, simulação, construção e controle de um veículo de duas rodas pêndulo invertido. 2017. 101 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecatrônica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/25442
Date of defense: 16-Oct-2017
Appears in Collections:TCC - Engenharia Mecatrônica

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