Application of selected control algorithms for nonlinear systems in unmanned bicycle robot stabilized by an inertial drive
[ 1 ] Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej, Wydział Elektryczny, Politechnika Poznańska | [ D ] phd student
[ 1 ] Instytut Automatyki i Inżynierii Informatycznej, Wydział Elektryczny, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
PL Zastosowanie wybranych algorytmów sterowania systemów nieliniowych w bezzałogowym pojeździe jednośladowym stabilizowanym napędem inercyjnym
english
- reaction wheel
- LQR
- LQI
- bicycle model
- bicycle stability
- koło reakcyjne
- LQR
- LQI
- modelowanie roweru
- stabilność roweru
EN The dissertation concerns the stabilisation system of the bicycle based on the reaction wheel accelerated by an electric motor. At the beginning the full differential model of the inverted pendulum with the reaction wheel is presented. The control algorithms are solved (LQR, LQI and LQR tracking), the stability of the system is analysed using eigen values, the trajectories of motion of the system are calculated by computer simulations and the considerations are verified by experiments on the real object. Next, equations of motion of the bicycle with an additional degree of freedom in the form of a reaction wheel are solved and the stability is tested analytically. The reaction wheel gives an additional control signal (except the handlebar). The linear-quadratic control algorithm is proposed and finally computer simulations demonstrate the significant advantages of the reaction wheel in stabilizing a slow-moving bicycle (less than 3 m/s).
PL Praca dotyczy systemu stabilizacji roweru opartego o koło reakcyjne napędzane silnikiem elektrycznym. Na początek wyprowadzono szczegółowy różniczkowy model matematyczny wahadła odwróconego z kołem reakcyjnym. Rozwiązano dla niego prawa sterowania: LQR, LQI oraz LQR tracking, zbadano stabilność analizując wartości własne zmieniając parametry fizyczne układu, dokonano symulacji komputerowych wyznaczając trajektorie ruchu oraz rozważania zweryfikowano na rzeczywistym obiekcie. Następnie opracowano równania ruchu roweru z dodatkowym stopniem swobody w postaci koła reakcyjnego, które wykorzystano jako dodatkowe wymuszenie (poza podstawowym jakim jest kierownica) oraz analitycznie zbadano jego stabilność. Zaproponowano liniowo-kwadratowy algorytm sterowania udowadniając z pomocą symulacji komputerowej istotne zalety koła reakcyjnego w stabilizacji roweru poruszającego się z małymi prędkościami (poniżej 3 m/s).
128
electrical engineering, electronics, computer engineering
automation and robotics
DrOIN 1849
public
Paweł Dworak
Szczecin, Polska
26.06.2017
polish
public
Andrzej Turnau
Kraków, Polska
24.06.2017
polish
public
dissertation
Poznań, Polska
10.10.2017
Rada Wydziału Elektrycznego Politechniki Poznańskiej
doktor nauk technicznych w dyscyplinie: automatyka i robotyka