Sterowanie nieliniowe backstepping wahadła odwróconego z napędem inercyjnym

• Autorzy: Owczarkowski A. , Bachman P. , Gośliński J. , Owczarek P. , Regulski R.

Warianty tytułu

EN

Non-Linear Backstepping Control for an Inertia Wheel Pendulum

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono działanie nieliniowego algorytmu sterowania backstepping użytego do stabilizacji wahadła odwróconego IWP (Inertia Wheel Pendulum). Analizowanym obiektem jest konstrukcja umocowana na dwóch kołach i posiadająca silnik napędzający koło zamachowe. To czyni z niej nieliniowy układ o dwóch stopniach swobody (kąt odchylenia od pionu i kąt obrotu koła) i jednym wymuszeniu (moment siły na wale silnika). Jako punkt pracy obrano niestabilną pozycję pionową. W oparciu o teorię stabilności Lapunowa, analitycznie wyznaczono prawo sterowania. Dla porównania wyznaczono również sterowanie liniowo-kwadratowe LQR (Linear Quadratic Regulator). Wykonano testy symulacyjne obu algorytmów wykazując, że w wielu sytuacjach sterowanie backstepping pozwala uzyskać lepsze rezultaty niż sterowanie LQR.

EN

This article describes the non-linear backstepping control algorithm used to stabilize the inverted pendulum IWP (Inertia Wheel Pendulum). The analysed object is a construction mounted on two wheels with an electric motor accelerating the flywheel. This is the non-linear system with two degrees of freedom (the angle of inclination and rotation of the wheel) and one actuator (torque on the motor shaft). The vertical position is the unstable operating point. The Lyapunov stability theory allowed to formulate the control law analyticity. The result is compared with the linear-quadratic control LQR (Linear Quadratic Regulator). The simulation tests showed differences of both algorithms and benefits of using backstepping.

Słowa kluczowe

PL

sterowanie nieliniowe; backstepping; LQR; IWP

EN

nonlinear control; backstepping; LQR; IWP

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2014
• Tom: Z. 264
• Strony: 51--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz., rys.

Twórcy

autor

Owczarkowski A.

• Politechnika Poznańska; Uniwersytet Zielonogórski

autor

Bachman P.

• Politechnika Poznańska; Uniwersytet Zielonogórski

autor

Gośliński J.

• Politechnika Poznańska; Uniwersytet Zielonogórski

autor

Owczarek P.

• Politechnika Poznańska; Uniwersytet Zielonogórski

autor

Regulski R.

• Politechnika Poznańska; Uniwersytet Zielonogórski

Bibliografia

• 1. Drapikowski P., Gośliński J., Owczarkowski A.: Control and model parameters identification of inertia wheel pendulum. ICINCO 9th International Conference on Informatics in Control, Rome, 2012.
• 2. Gośliński J., Owczarkowski A.: Stabilizacja wahadła odwróconego z napędem inercyjnym przy pomocy regulatora LQR. Informatyka Automatyka Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 4a, 10/2012, s.7-10.
• 3. Kanellakopoulos I., Krstic M., Kokotović P.: Non-linear and Adaptive Control Design. John Wiley & Sons, New York, 1995.
• 4. Lixia D., Shengxiang G.: The Design For The Controller of The Linear Inverted Pendulum Based On Backstepping. IEEE International Conference on Electronic & Mechanical Engineering and Information Technology, 2011.