طراحی و ساخت سیستم کنترل پاندول معکوس به روش فازی نظارتی

کنترل پاندول معکوس یک مسئله جالب و کلاسیک برای مهندسی کنترل است. هدف ازکنترل این سیستم، قائم نگه داشتن پاندول و حرکت ارابه در مسیر دلخواه بدون انحراف پاندول با استفاده از تنها ورودی سیستم میباشد. از آنجا که این مسأله دو درجه آزادی و فقط یک عملگر دارد بنابراین سیستم در معرض رفتار غیرخطی گردش پاندول می باشد. سیستم شامل یک پاندول عمود، یک بازوی افقی، یک سرو موتور و یک اینکودر می باشد. که سرو موتور با حرکت دادن بازو بصورت دورانی باعث تغییر وضعیت پاندول می شود و اینکودری که به پاندول متصل است زاویه گردش پاندول را اندازه گیری می کند. از طرفی زاویه حرکت بازو نیز توسط اینکودر خود سرو موتور اندازه گیری شده و به کنترل کننده ارسال می شود. کنترل کننده کار اصلی را انجام می دهد و با ورودی های گرفته شده و پردازش آنها و قانون کنترلی خود، زاویه فرمان را محاسبه نموده و به موتور ارسال می کند. در اینجا ما معادلات دیفرانسیل حاکم بر حرکت پاندول معکوس چرخشی را بدست آورده و سپس با استفاده از روش لاگرانژ آنرا خطی سازی نموده و دینامیک های بدست آمده را حول نقطه تعادل تعمیم می دهیم و مدل فضای حالت سیستم را بدست می آوریم. و در ادامه از روش طراحی کنترل مدرن، کنترل کننده مناسب تعقیب گر، را برای سیستم فوق طراحی می کنیم و عملکرد آنرا با کنترل کلاسیک، ارزیابی و مقایسه می کنیم. در این پروژه موارد زیر بررسی می شوند: • طراحی و ساخت یک کنترل کننده پایدار که پاندول را در وضعیت قائم نگه دارد و در برابر اغتشاشات کوچک مقاوم باشد. • بررسی مدل های خطی و غیر خطی سیستم اگر آنها واقعا مدل فیزیکی سیستم در یک محدوده عملکرد خاص باشند. • نتیجه گرفتن از مدل خطی سازی شده فوق حول نقطه عمود (وضعیت مطلوب سیستم) • نتیجه گرفتن از یک مدل غیر خطی سیستم پاندول معکوس گردشی • طراحی کنترل کننده به روش کلاسیک (pid کنترلر و جایابی قطب) • طراحی کنترل کننده به روشهای مدرن شامل فازی، کنترل کننده دوسطحی (فازی نظارتی) و روش lqr • مقایسه نتایج روش های مدرن با کنترل کننده کلاسیک در محیط شبیه سازی و عملی