Backstepping Controllers for a Cart-Pole System in Two Configurations

Abstract:

The cart-pole system is an underactuated system, with two possible configurations: (i) Gantry, it is an stable system, but under perturbation the system shows a strong swing; (ii) Inverted pendulum, it is an inherently unstable system. The system consists on a single pole mounted on a linear cart whose axis of rotation is perpendicular to the direction of motion of the cart, it is the Linear Motion Servo Plant of the Quanser. The backstepping is a recursive design procedure which finds a Lyapunov function and a control law, this is called “backstepping”, such that the controlled system is asymptotically stable. The backstepping procedure is applied to both configurations and for linear and nonlinear models. The purpose of this paper is to show that both configurations, under linear and nonlinear backstepping controllers track a defined trajectory (here there is a square wave signal) for the cart with minimum swing of the pole, as well as these controllers are appropriated to control underactuated cart-pole system of Quanser.

 

   

A new sliding mode controller for time-delay systems

Abstract:

In this paper is proposed a new scheme of digital control designed to improve the robustness of system with input time delay. It is proposed a discrete-time variable structure control design that takes into account the time delay in the sliding surface to improve the performance of the system when delay is present in the input control. The delay is greater than the discrete sampling period and is treated as a failure to be detected and accommodated. A scheme for fault detection and accommodation is used so that when the delay is present, the controller is adapted for the fault condition. A computer simulation is shown to illustrate the design procedure and to show the effectiveness of the proposed method.

 

  

Projeto e Implementação do Sistema de Controle de um Pêndulo Invertido Utilizando o Método do Lugar das Raízes

Resumo:

Nesse artigo foi estudado o projeto e a implementação do sistema de controle de um pêndulo invertido da Quanser, utilizando o método do lugar das raízes (root locus). Foi proposto um novo controlador considerando como disponíveis apenas a posição do carro e o ângulo da haste, cuja validade foi verificada em uma implementação em laboratório. Tanto o método do lugar das raízes, quanto o pêndulo invertido são assuntos clássicos em controle. Entretanto, o método do lugar das raízes foi pouco utilizado no projeto de sistemas de controle para o pêndulo invertido. Desta forma, o artigo pode ser útil no ensino de controle automático.

 

  

Estabilização de um Pêndulo Invertido Usando Controlador H2 Contínuo

Resumo:

O pêndulo invertido trata-se de um sistema que apresenta características dinâmicas instáveis e vem sendo uma planta utilizada para investigar o desempenho de várias técnicas de controle. Neste artigo é apresentado um projeto de um controlador H2 para estabilização de um pêndulo invertido montado sobre uma plataforma móvel linear. A modelagem do sistema é realizada através das Leis de Newton. Para estimar as velocidades do pêndulo e do carrinho foi projetado um observador de estados completo. Na síntese do controlador H2, é adotada a abordagem por Inequações Matriciais Lineares. Por fim, são apresentados os resultados por meio de simulações computacionais e testes experimentais para avaliar o desempenho do controlador proposto e validar a estratégia de controle adotada.

 

  

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