Моделирование систем управления двухколесной балансирующей платформой
Аннотация
Рассмотрена математическая модель двухколесной балансирующей платформы, основанная на формализации динамики обратного маятника на колесе. На ее базе построена программная модель платформы в Simulink MATLAB. Выполнен обзор представленных в литературе систем управления, в которых проводится корректировка нескольких параметров (угла отклонения от вертикали и положения в пространстве). В данных системах используются различные комбинации типов регуляторов (ПД-, ПИД-регулятор, нечеткий ПД-регулятор), а управляющее воздействие формируется как сумма выходных сигналов регуляторов. Предложена новая система управления двухколесной балансирующей платформой, корректирующая положение посредством изменения угла наклона платформы. Показаны возможные пути модификации предложенной системы: введение классических нечетких регуляторов и нечетких регуляторов с переменным усилением на разных этапах переходного процесса. Для всех рассмотренных систем управления разработаны и отлажены имитационные модели. С использованием средства Simulink пакета MATLAB со всеми моделями проведены имитационные эксперименты, по результатам которых измерены характеристики переходных процессов (величина перерегулирования и длительность переходного процесса) для угла наклона и положения платформы. Система управления с улучшенным нечетким ПД-регулятором угла и ПИД-регулятором положения имеет лучшие характеристики по стабилизации угла наклона платформы. Полученные количественные результаты для каждой системы управления платформой позволяют выполнить сравнение и выбрать нужную схему в зависимости от потребностей предметной области.
Литература
2. Мялик Я.В., Федулов А.С. Системы управления двухколесными роботами с несколькими стабилизируемыми параметрами // Энергетика, Информатика, Инновации — 2014. ЭИИ-2014: Сб. трудов Междунар. науч.-техн. конф. В 2 т. Т. 1. Секции 1 — 4. Смоленск: Универсум, 2014. С. 219 — 222.
3. Suprapto B.Y., Amri D., Dwijayanti S. Comparison of control methods pd, pi, and pid on two wheeled self balancing robot // Proc. Intern. Conf. Electrical Eng., Computer Sci. and Informatics (EECSI 2014). Yogyakarta, 2014. P. 20 — 21.
4. Павлов А.Н., Cоколов Б.В. Принятие решений в условиях нечеткой информации. СПб.: ГУАП, 2006.
5. Гницевич А.И., Гришин В.О. Аспекты развития робототехники // Обеспечение безопасности жизнедеятельности: проблемы и перспективы: Cб. материалов VIII Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых: курсантов (студентов), слушателей магистратуры и адъюнктов (аспирантов). В 2-х ч. Ч. 1. Минск: КИИ,2014. C. 137 — 138.
6. Формальский А.М. Управление движением неустойчивых объектов. М.: Физматлит, 2012.
7. Robotics and Automation Laboratory at the University of Western Australia // Balancing a Two-Wheeled Autonomous Robot [Офиц. сайт]. http://robotics.ee.uwa.edu.au/theses/2003-Balance-Ooi.pdf (дата обращения 12.05.16).
8. Li C., Gao X., Li K. Smooth control the coaxial self-balance robot under impact disturbances // Intern. J.Advanced Robotic Systems. 2011. N 2. P. 59 — 67.
9. Junfeng Wu, Wanying Zhang, Shengda Wang A two-wheeled self-balancing robot with the fuzzy pd control method. // Mathematical Problems in Eng. 2012. [Электрон. ресурс]. http://dx.doi.org/10.1155/2012/469491 (дата обращения 11.05.16).
10. Goher K., Tokhi M., Siddique N. Dynamic modeling and control of a two wheeled robotic vehicle with a virtual payload // ARPN J. Eng. and Appl. Sci. 2011.N 3. P. 7 — 41.
11. Бураков М.В., Коновалов А.С. Синтез нечетких логических регуляторов // Информационно-управляющие системы. 2011. № 1. С. 22 — 27.
12. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972.
