[en] SIMULATION AND EXPERIMENTAL VALIDATION OF PID AND LQR CONTROLLERS IN A SUBACTUATED INVERTED PENDULUM

[pt] SIMULAÇÃO E VALIDAÇÃO EXPERIMENTAL DE CONTROLE PID E LQR EM UM SISTEMA SUB-ATUADO COM PÊNDULO INVERTIDO

[pt] GABRIEL FISCHER ABATI

[pt] PID

[pt] SWING UP

[pt] LQR

[pt] PENDULO INVERTIDO

[en] INVERTED PENDULUM

[en] SWING UP

[en] LQR CONTROL

[pt] Há uma grande demanda hoje por sistemas robóticos autônomos para aplicação no âmbito da indústria aeroespacial, de saúde, lazer, militar, dentre outros setores. O pêndulo invertido, sistema instável por natureza é muito utilizado como benchmark para averiguação de métodos de controle, assim como para desenvolvimento de novas técnicas. O escopo deste trabalho consiste em projetar um pêndulo com auxílio do software SOLIDWORKS, construir uma bancada experimental de acordo com os desenhos técnicos feitos no projeto, bem como desenvolver o hardware necessário para o seu funcionamento, com objetivo final de testar diferentes métodos de controle. Para implementar os métodos de controle, é proposta a modelagem matemática do pêndulo utilizando a formulação de Lagrange. Ao final, são comparados três métodos de controle diferentes: um controle clássico proporcional integrativo derivativo (PID), um controle moderno linear quadrático (LQR) e um modelo e controlador não-linear de Swing-up. São analisados o tempo de resposta, a robustez e os distúrbios de cada controle, sendo em seguida comparados entre si. Também é feita a comparação com os dados experimentais e dados gerados em simulações utilizando o software MATLAB/SIMULINK.

[en] There is a great demand today for autonomous robotic systems for application in the scope of the aerospace, health, entertainment, military, among other sectors. The inverted pendulum, a system that is unstable by nature is widely used as a benchmark for investigating control methods, just as the development of new techniques. The objective of this work consists of designing a pendulum with the aid of the SOLIDWORKS software and building an experimental bench according to the technical drawings made in the project, as well as developing the necessary hardware for its operation, in order to test different control algorithms. A mathematical model of the system using Lagrange formulation is proposed in order to obtain the system dynamics equations. In the end, three different control methods were compared a classic derivative proportional integrative control (PID), a modern linear quadratic regulator (LQR) and a non-linear Swing-up controller. The response time, robustness and disturbances of each control were analyzed and then compared with each other. There is also a comparison between the experimental data and results generated by simulation with the software MATLAB/SIMULINK.

MARCO ANTONIO MEGGIOLARO

2021-01-06

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=51176@1

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.51176