Ograniczanie wyników
Czasopisma help
Autorzy help
Lata help
Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników

Znaleziono wyników: 38

Liczba wyników na stronie
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
Wyniki wyszukiwania
Wyszukiwano:
w słowach kluczowych:  inverted pendulum
help Sortuj według:

help Ogranicz wyniki do:
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
EN
The article presents the possibilities of using popular MEMS inertial sensors in the object tilt angle estimation system and in the system for stabilizing the vertical position of the balancing robot. Two research models were built to conduct the experiment. The models use microcontroller development board of the STM32F3 series with the Cortex-M4 core, equipped with a three-axis accelerometer, magnetometer and gyroscope. To determine the accuracy of the angle estimation, comparative tests with a pulse encoder were performed.
2
Content available remote A model of human postural control inspired by separated human sensory systems
EN
Postural balance, which has a big role in daily life, is generally known as one's strength to retain stability. Balance takes advantage of the integration of multisensory inputs that work together to stabilize one's standing. Understanding the duty of each body part in postural balance has led us into modeling the human postural control system paying attention to the vestibular system in addition to other body parts and senses. Via updating the model both for the young and old adults, it is possible to mathematically understand the differences between the vestibular system of the young healthy adults and of the healthy elderly. Also, using linear control modeling, we provide quantitative predictions of the balance behavior depending on changes in sensorimotor behavior of different parts of the body and sensorimotor system. The results of this study help to understand better why the elderly tend to feel dizzy more often and why they would use other strategies compared to the ankle strategy.
EN
In this paper various smoothing filters were applied in order to smooth inverted pendulum’s movement trajectory. The filtering was implemented for the purpose of some artifacts removal. The authors tested various classical smoothing filters on the single-inverted pendulum, which is a classical problem in control theory and is widely used for the purpose for testing various control algorithms, neural networks, fuzzy control, genetic algorithms etc.
PL
W niniejszym artykule zastosowano filtry wygładzające w celu wygładzenia trajektorii ruchu odwróconego wahadła. Filtracja została użyta do usunięcia zakłóceń . Autorzy przetestowali różne klasyczne filtry wygładzające na wahadle odwróconym, który jest klasycznym problemem w teorii sterowania i ma szerokie zastosowanie do testów różnych algorytmów, sieci neuronowych, w logice rozmytej, algorytmach genetycznych itp.
EN
The general framework of this paper is the control design of complex nonlinear systems. The proposed approach is demonstrated with the use of a case study regarding a typical mechatronic system - control design of inverted pendulum on the cart. The methodology used for the solution of this problem is based on two- degree of freedom control structure (2-DOF) with feed-forward and feedback terms. Feed-forward term represents a solution of trajectory generation problem and feedback term stands for a state controller. Both of these parts generally fall into the category of optimal control problems. The article focuses on the design of a finite-horizon linear quadratic controller and its application in 2-DOF structure with the use of customized LQR computation procedure, showing all necessary steps of the design, including source codes. It is proposed that the developed methodology is general and can be adopted for most of other nonlinear mechatronic systems, including unstable or non-minimum phase systems. This has been already tested successfully for models of both double and triple inverted pendulums. The functionality of the concept under real conditions can also be seen in Ozana (2018a) and Ozana (2018b) showing preliminary experiments with real apparatus.
5
EN
The paper concerns the inverted pendulum control system with using pneumatic cylinder. A mathematical model of the pendu-lum used to derive the LQG controller was presented. Prepared laboratory stand was presented and described in detail. The main purpose of the work was experimental researches. A number of control process tests were conducted with variable model parameters such as addi-tional mass, injected disturbances and so on. The results were shown on the time plots of the control object states.
EN
The inverted pendulum is an unstable system with nonlinear dynamics. The task of controlling the inverted pendulum is complex. Therefore, the inverted pendulum over the years has become one of the most important systems on which every controller is tested. Here the objective is to control the system in such a way that the inverted pendulum stabilizes in the upright position. This analysis proposes a non-linear Lyapunov-based controller. The controller at hand, only provides the pendulum’s stabilization, therefore an additional module is needed – in this case the LQR controller. Both modules are combined with each other by using a two-loop parallel design. The newly designed controller has been experimentally tested and compared to the single LQR controller.
PL
Odwrócone wahadło jest niestabilnym systemem o nieliniowej dynamice. Zadanie sterowania wahadłem odwróconym jest trudne, dlatego też układ ten przez lata stał się jednym z najważniejszych systemów, na których testowane są wszelkiego rodzaju regulatory. Celem sterowania systemem jest ustabilizowanie wahadła odwróconego w pozycji pionowo skierowanej ku górze. W artykule zaproponowano nowy algorytm adaptacyjny dla wahadła, będący kombinacją regulatora LQR oraz regulatora nieliniowego bazującego na twierdzeniu Lapunova. Oba moduły są połączone za pomocą dwupętlowej konstrukcji równoległej. Nowo zaprojektowany regulator został przetestowany eksperymentalnie i porównany z niezależnym modułem LQR.
7
Content available remote Swing-up problem of an inverted pendulum - energy space approach
EN
This paper describes a novel, energy space based approach to the swing-up of an inverted pendulum. The details of the swing-up problem have been described. Equations of the velocity-controlled have been presented. Design of the controller based on energy space notion has been elaborated. The control algorithm takes into account state constraints and control signal constraints. Parameters of the controller have been optimized by means of the Differential Evolution method. A numerical simulation of the inverted pendulum driven by the proposed controller has been conducted, its results have been presented and elaborated. The paper confirms that the proposed method results in a simple and effective swing-up algorithm for a velocity-controlled inverted pendulum with state constraints and control signal constraints.
EN
This text covers optimization of an inverted pendulum control system with friction compensator. The control system is tuned with respect to a performance index based on the novel method of the Largest Lyapunov Exponent estimation. The detailed description of the method is provided. Model of the control object is presented. A simple controller is proposed. Two control systems are compared: the one with compensator and the one without. Parameters of both controllers are optimized with respect to the novel criterion by means of the Differential Evolution method. Results of numerical simulations are presented. It is shown that the new criterion can be successfully applied to both: typical linear regulators and controllers with compensators.
EN
This text covers optimization of an inverted pendulum control system according to the new control performance assessment criterion based on the optimal control theory. The novel control performance index is founded on the method of the Largest Lyapunov Exponent estimation. The detailed description of the new method is provided. Model of the control object is presented. A simple controller is proposed. Parameters of the controller are optimized with respect to the novel criterion by means of the Differential Evolution method. Results of numerical simulations are presented. It is shown that the new criterion can be successfully applied when the regulation time is crucial, whereas somewhat larger overshoot is acceptable.
EN
This text covers a novel method of friction identification for control systems. The friction function in the inverted pendulum model is described by means of a cubic polynomial. The method has been tested using the data recorded on a real inverted pendulum. It has been proven that the proposed cubic model offers the same level of accuracy as the Coulomb model. However, all the difficulties caused by Coulomb's model discontinuity are omitted.
11
EN
This paper presents an experimental confirmation of the novel method of friction modelling and compensation. The method has been applied to an inverted pendulum control system. The practical procedure of data acquisition and processing has been described. Training of the neural network friction model has been covered. Application of the obtained model has been presented. The main asset of the presented model is its correctness in a wide range of relative velocities. Moreover, the model is relatively easy to build.
12
Content available Robot balansujący - implementacja
PL
W artykule przedstawiono projekt i realizację dwukołowego robota mobilnego działającego na zasadzie wahadła odwróconego z dwoma niezależnymi napędami. Zaprojektowany system kontroli pozycji został wykonany w oparciu o czujnik żyroskopowy oraz akcelerometr wraz z własnym oprogramowaniem sterującym pozycją robota. Własny algorytm sterujący zapewnia utrzymanie równowagi oraz możliwość zadawania kierunku ruchu poprzez interfejs umieszczony na urządzeniu mobilnym.
EN
The article presents the design and implementation of a two-wheeled mobile robot acting on the principle of inverted pendulum with two degrees of freedom. The design of the position control system was based on a gyro sensor and an accelerometer with its own robot position control software. Its own control algorithm ensures balance and the ability to set the direction of travel via the interface on the mobile device. The first implementation of this model has the ability to trace setpoints and control signals, allowing for additional analysis of the control system. Measurement results will be helpful in future work on the implementation of control algorithms such as Fuzzy Logic, LQR or more complex cascade control systems. The correct operation of the control system is also related to the careful execution of the actual prototype. Robots construction during the prototype process has significantly changed its dimensions. The common denominator, however, is the construction concept resembling scaffolding, which significantly accelerated the prototyping process with the ability to quickly and easily change the configuration of elements in the structure. Presented robot is the first prototype and next versions are prepared with additional functions such as the ability to automatically achieve vertical position, further application development for mobile devices allowing to change the current parameters of the control system and supplement of the system with sensors to avoid collision.
EN
This paper is aimed at modelling a two-wheeled self-balancing robot driven by the geared DC motors. A mathematical model consists of two main parts, the model of robot’s mechanical structure and the model of the actuator. Linearized equations of motion are derived and the overall model of the two-wheeled self-balancing robot is represented in state-space realization for the purpose of state feedback controller design.
PL
W artykule zaproponowano model odwzorowujący cechy chodu człowieka. Model ten składa się z dwu odwróconych wahadeł połączonych parą obrotową. Masy punktowe znajdujące się na wahadłach mogą przesuwać się. Dzięki wprowadzeniu sterowanej zmiany położenia mas, model może zostać wykorzystany nie tylko do opisania podstawowych sytuacji ruchowych (jak np. chód, bieg), ale również daje możliwość opisania złożonych sytuacji, jak np. popchnięcie obiektu w plecy, czy zmiany rodzaju chodu (np. przejście z chodu do biegu). W artykule przeanalizowano dane uzyskane z eksperymentów dotyczących podstawowych (chód i bieg) i złożonych (popchnięcie obiektu w plecy) sytuacji ruchowych. Na ich podstawie przeprowadzono weryfikację zaproponowanego modelu. Weryfikacja opisanej koncepcji polegała na odtworzeniu sytuacji popchnięcia obiektu w plecy z wykorzystaniem modelu podwójnego odwróconego wahadła.
EN
The simple model which allows to represent the kinematic synergies in the human motion was proposed. The model consists of two inverted pendulums connected by revolute joint. The position of pendulum point masses is not constant, the possibility of changing their position allows to imititate the properties of not only the basic movements (e.g. walking, running) but also of the complex motions like postural push recovery or gait transitions. For establishing this model the experimental data were considered for walking, running and push recovery. Based on experiments proposed model was verified. The push recovery behaviour was succesfully modelled using the concept of double inverted pendulum with movable masses.
EN
This paper deals with a theoretical modeling of equations of motion, simulation motion of and control both in virtual environments and in real-world conditions of a balancing two-wheeled robot with a double pendulum. By taking into consideration a motion of a double pendulum one needs to consider chaotic behavior of the whole system resulted by this pendulum, which is a significant difficulty in development of control algorithms. The main goal of the presented study is to reach dynamic balancing of a two-wheeled robot with a double pendulum under the certain scenarios of equilibrium disturbance. In order to apply appropriate control algorithms the following steps were assumed during the development of a robot: theoretical modelling of a motion of the composite system of inverted and double pendulums, stability analysis, simulation of various scenarios in virtual environments using the developed control algorithms, and construction of a physical model of a robot and verification of control algorithms. Both simulation and experimental studies demonstrated the successful balancing performance.
PL
Artykuł dotyczy teoretycznego modelowania równań ruchu, symulacji ruchu i sterowania balansującego robota dwukołowego z podwójnym wahadłem zarówno w środowiskach wirtualnych, jak i w warunkach rzeczywistych. Biorąc pod uwagę ruch podwójnego wahadła, należy uwzględnić chaotyczny sposób działania całego układu spowodowany ruchem tego wahadła, co stanowi istotną trudność przy opracowywaniu algorytmów sterowania. Głównym celem prezentowanej pracy jest uzyskanie stanu stabilności dynamicznej robota dwukołowego z podwójnym wahadłem według poszczególnych scenariuszy zaburzenia jego równowagi. W celu zastosowania odpowiednich algorytmów sterowania następujące etapy zostały założone podczas opracowania robota: teoretyczne modelowanie ruchu układu złożonego z odwróconego i podwójnego wahadeł, analiza stabilności, symulacja różnych scenariuszy w środowiskach wirtualnych z zastosowaniem opracowanych algorytmów sterowania oraz opracowanie modelu fizycznego robota i weryfikacja algorytmów sterowania. Zarówno prace symulacyjne, jak i eksperymentalne wykazały zdolność do utrzymania równowagi.
EN
In this paper, the stability problem of Furuta pendulum controlled by the fractional order PD controller is presented. A mathematical model of rotational inverted pendulum is derived and the fractional order PD controller is introduced in order to stabilize the same. The problem of asymptotic stability of a closed loop system is solved using the D-decomposition approach. On the basis of this method, analytical forms expressing the boundaries of stability regions in the parameters space have been determined. The D-decomposition method is investigated for linear fractional order systems and for the case of linear parameter dependence. In addition, some results for the case of nonlinear parameter dependence are presented. An example is given and tests are made in order to confirm that stability domains have been well calculated. When the stability regions have been determined, tuning of the fractional order PD controller can be carried out.
EN
This paper proposes an analysis of the effect of vertical position of the pivot point of the inverted pendulum during humanoid walking. We introduce a new feature of the inverted pendulum by taking a pivot point under the ground level allowing a natural trajectory for the center of pressure (CoP), like in human walking. The influence of the vertical position of the pivot point on energy consumption is analyzed here. The evaluation of a 3D Walking gait is based on the energy consumption. A sthenic criterion is used to depict this evaluation. A consequent reduction of joint torques is shown with a pivot point under the ground.
PL
W pracy przedstawiono propozycję analizy efektów zmiany pozycji pionowej punktu obrotu wahadła odwróconego użytego do modelowania chodu robota człekopodobnego. Wprowadzona modyfikacja wahadła polega na przesunięciu punktu obrotu poniżej poziomu gruntu, co umożliwia uzyskanie naturalnej trajektorii środka nacisku (CoP), jak w chodzie człowieka. Przeanalizowano wpływ pozycji pionowej punktu obrotu na zużycie energii. Dokonano oceny chodu w trzech wymiarach, bazując na konsumpcji energii. W ocenie zastosowano także kryterium minimum kwadratów momentów obrotowych (sthenic criterion). Uzyskana tą drogą redukcja momentów obrotowych stawów jest widoczna, gdy punkt obrotu znajduje się poniżej poziomu gruntu.
PL
W pracy przedstawiono wyniki badań związanych z możliwością wykorzystania niskokosztowych sensorów inercyjnych w układzie stabilizacji pozycji pionowej oraz zadanego kierunku jazdy robota balansującego. Testowany układ sterowania zbudowano w oparciu o płytkę uruchomieniową mikrokontrolera serii STM32F3 z rdzeniem Cortex-M4 wyposażoną w trójosiowy akcelerometr, magnetometr i żyroskop. Do określenia dokładności estymacji kąta nachylenia, przeprowadzono testy porównawcze na stanowisku z enkoderem impulsowym.
EN
The paper presents results of research related to the potential use of low-cost sensors, inertial stabilization system vertical position and specified direction balancing robot. Tested control system was built based on the start up board microcontroller series STM32F3 Cortex-M4 equipped with a triaxial accelerometer, magnetometer and gyroscope. To determine the accuracy of the estimation of the angle of inclination, comparative tests were carried out on a bench with a pulse encoder.
PL
W referacie przedstawione zostało sterowanie ślizgowe zastosowane do zmiany położenia wózka w układzie odwróconego wahadła. Obiekt sterowania jest nieliniowy, o dwóch stopniach swobody (kąt ustawienia wahadła i pozycja wózka) i jednym wejściu (siła przyłożona do wózka). Zadanie sterowania polega na takim przemieszczaniu położenia wózka, aby wraz z jego zmianami, pręt wahadła balansował w położeniu pionowym i nie przewrócił się. Model matematyczny obiektu składa się z czterech nieliniowych równań stanu. Sterowanie ślizgowe zazwyczaj stosowane jest do obiektów drugiego rzędu, zapisywanych w postaci zmiennych fazowych. Dlatego też w przypadku układu odwróconego wahadła konieczna była dekompozycja problemu i zastosowane zostało dwuwarstwowe sterowanie ślizgowe. W części równoważnej sterowania rozważone zostały regulatory: liniowo-kwadratowy (LQR) i proporcjonalno-całkującoróżniczkujący (PID), które są powszechnie stosowane do sterowania procesami dynamicznymi. Uzyskane układy sterowania ślizgowego są odporne na wpływ działających zakłóceń. Wyniki badań symulacyjnych pokazują efektywność pracy zaproponowanych struktur układów sterowania.
EN
The paper presents sliding mode control, which was used to change the position of the cart in the inverted pendulum system. The plant of control is non-linear, with two degrees of freedom (the angle of the pendulum and the position of the cart) and one input (force applied to the cart). The task is to control the movement of the cart position to get along with his changes, balancing the pendulum rod in the upright position. The mathematical model of the object consists of four nonlinear equations of state. Sliding mode control is normally applied to the second-order systems, presented in the canonical form. Therefore, in the case of an inverted pendulum system, the decomposition of the problem was necessary and two-layer sliding mode control was applied. In the equivalent part of the control, two controllers were considered: linear quadratic regulator (LQR) and Proportional-Integral-Derivative (PID), which are commonly used to control dynamic processes. The resulting sliding mode control systems are robust to the influence of disturbance input. The results of simulation studies show the effectiveness of the work of the proposed structures of control systems.
PL
Odwrócone wahadło fizyczne jest to urządzenie, mające za zadanie zapewnienie stabilizacji pozycji pionowej przymocowanych urządzeń, których środek ciężkości znajduje się powyżej układu napędowego [1, 2]. Badania tego typu urządzeń pozwoliły na opracowanie i rozwój różnego rodzaju platform transportowych. Popularnym środkiem transportu, będącym swego rodzaju odwróconym wahadłem fizycznym, jest pojazd ”Segway” - Human Transporter [3]. Jego dwukołowe podwozie z łatwością pokonuje nierówności na drodze podczas jazdy. Tematem artykułu jest przedstawienie procesu projektowania części mechanicznej demonstracyjnego stanowiska wahadła fizycznego wraz z systemem napędowym. W kolejnych rozdziałach przedstawiono konstrukcję mechaniczną wahadła, dobór elementów składowych stanowiska oraz układu napędowego wraz z układem przeniesienia napędu, wybrane modele 3D przygotowane do symulacji dynamicznych, dobór czujników pomiarowych wychylenia wahadła, implementację modelu matematycznego do programu Matlab/ Simulink oraz wyniki przeprowadzonych symulacji. Niniejszy artykuł stanowi podsumowanie projektu inżynierskiego, zrealizowanego w Katedrze Mechatroniki na Politechnice Śląskiej.
EN
The inverted pendulum is a physical device arranged to provide a suspended vertical position stabilization of devices with the center of gravity located above the drive system. Studies of this type of equipment led to the design and development of various types of transport platforms. A popular vehicle, which is a kind of inverted physical pendulum, is "Segway" - Human Transporter. Its two-wheeled chassis easily overcomes bumps in the road while driving. The goal of the article is to present the design of the mechanical part of the demonstrative physical pendulum including its drive system. The following chapters present the mechanical design of the pendulum, the selection of device components: constructional components, drive with the powertrain, sensors. The paper presents also selected 3D models prepared for the simulation of dynamics of the pendulum, the Matlab-Simulink implementation of its mathematical model and chosen results of simulations. This paper summarize the engineering project realised in the Chair of Mechatronics at SUT Gliwice.
first rewind previous Strona / 2 next fast forward last
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.