An Automatic Self-Tuning Control System Design for an Inverted Pendulum - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

An Automatic Self-Tuning Control System Design for an Inverted Pendulum

Abstrakt

A control problem of an inverted pendulum in the presence of parametric uncertainty has been investigated in this paper. In particular, synthesis and implementation of an automatic self-tuning regulator for a real inverted pendulum have been given. The main cores of the control system are a swing-up control method and a stabilisation regulator. The first one is based on the energy of an inverted pendulum, whereas the second one uses the linear-quadratic regulator (LQR). Because not all of the inverted pendulum parameter values are exactly known an automatic self-tuning mechanism for designed control system has been proposed. It bases on a devised procedure for identifying parameters. The entire derived control system enables effective a pendulum swing-up and its stabilisation at an upper position. The performance of the proposed control system has been validated by simulation in Matlab/Simulink environment with the use of the inverted pendulum model as well as through experimental works using the constructed inverted pendulum on a cart.

Cytowania

  • 6

    CrossRef

  • 6

    Web of Science

  • 1 0

    Scopus

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 238 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuły w czasopismach
Opublikowano w:
IEEE Access nr 8, strony 26726 - 26738,
ISSN: 2169-3536
Język:
angielski
Rok wydania:
2020
Opis bibliograficzny:
Waszak M., Łangowski R.: An Automatic Self-Tuning Control System Design for an Inverted Pendulum// IEEE Access -Vol. 8, (2020), s.26726-26738
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1109/access.2020.2971788
Bibliografia: test
  1. A. S. Al-Araji, ''An adaptive swing-up sliding mode controller design for a real inverted pendulum system based on culture-bees algorithm,'' Eur. J. Control, vol. 45, pp. 45-56, Jan. 2019. otwiera się w nowej karcie
  2. K. Furuta, M. Yamakita, and S. Kobayashi, ''Swing up control of inverted pendulum,'' in Proc. Int. Conf. Ind. Electron., Control Instrum. (IECON), Dec. 2002, pp. 2193-2198. otwiera się w nowej karcie
  3. S. Jadlovská and J. Sarnovský, ''Classical double inverted pendulum- A complex overview of a system,'' in Proc. IEEE 10th Int. Symp. Appl. Mach. Intell. Informat. (SAMI), Jan. 2012, pp. 103-108. otwiera się w nowej karcie
  4. K. Andrzejewski, M. Czyżniewski, M. Zielonka, R. Łangowski, and T. Zubowicz, ''A comprehensive approach to double inverted pendulum modelling,'' Arch. Control Sci., vol. 29, no. 3, pp. 459-483, 2019.
  5. Y. Zhuang, Z. Hu, and Y. Yao, ''Two-wheeled self-balancing robot dynamic model and controller design,'' in Proc. 11th World Congr. Intell. Control Autom., Jun. 2014, pp. 1935-1939.
  6. S. Wenxia and C. Wei, ''Simulation and debugging of LQR control for two-wheeled self-balanced robot,'' in Proc. Chin. Autom. Congr. (CAC), Oct. 2017, pp. 2391-2395. otwiera się w nowej karcie
  7. F. Dai, X. Gao, S. Jiang, W. Guo, and Y. Liu, ''A two-wheeled inverted pendulum robot with friction compensation,'' Mechatronics, vol. 30, pp. 116-125, Sep. 2015. otwiera się w nowej karcie
  8. H. G. Nguyen, J. Morrell, K. D. Mullens, A. B. Burmeister, S. Miles, N. Farrington, K. M. Thomas, and D. W. Gage, ''Segway robotic mobility platform,'' Proc. SPIE, vol. 5609, pp. 207-220, Dec. 2004. otwiera się w nowej karcie
  9. M. Velazquez, D. Cruz, S. Garcia, and M. Bandala, ''Velocity and motion control of a self-balancing vehicle based on a cascade control strategy,'' Int. J. Adv. Robotic Syst., vol. 13, no. 3, p. 106, Jun. 2016. otwiera się w nowej karcie
  10. Y. Zhang, L. Zhang, W. Wang, Y. Li, and Q. Zhang, ''Design and imple- mentation of a two-wheel and hopping robot with a linkage mechanism,'' IEEE Access, vol. 6, pp. 42422-42430, 2018. otwiera się w nowej karcie
  11. Y. Sakagami, R. Watanabe, C. Aoyama, S. Matsunaga, N. Higaki, and K. Fujimura, ''The intelligent ASIMO: System overview and integra- tion,'' in Proc. IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robots System, Sep./Oct. 2002, pp. 2478-2483. otwiera się w nowej karcie
  12. J. Chestnutt, M. Lau, G. Cheung, J. Kuffner, J. Hodgins, and T. Kanade, ''Footstep planning for the honda ASIMO humanoid,'' in Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Autom., Jan. 2006, pp. 629-634. otwiera się w nowej karcie
  13. M. Rosenblum and A. Pikovsky, ''Synchronization: From pendulum clocks to chaotic lasers and chemical oscillators,'' Contemp. Phys., vol. 44, no. 5, pp. 401-416, Sep. 2003. otwiera się w nowej karcie
  14. F. Dörfler and F. Bullo, ''Synchronization in complex networks of phase oscillators: A survey,'' Automatica, vol. 50, no. 6, pp. 1539-1564, Jun. 2014. otwiera się w nowej karcie
  15. Inteco.com.pl. Pendulum & Cart Control System. Accessed: Nov. 22, 2019. [Online]. Available: http://www.inteco.com.pl/ otwiera się w nowej karcie
  16. Feedback-instruments.com. Ball With Pendulum Suspension. otwiera się w nowej karcie
  17. Accessed: Nov. 22, 2019. [Online]. Available: https://www.feedback- instruments.com/ otwiera się w nowej karcie
  18. Quanser.com. Rotary Inverted Pendulum. Accessed: Nov. 22, 2019. [Online]. Available: https://www.quanser.com/ otwiera się w nowej karcie
  19. R. P. M. Chan, K. A. Stol, and C. R. Halkyard, ''Review of modelling and control of two-wheeled robots,'' Annu. Rev. Control, vol. 37, no. 1, pp. 89-103, Apr. 2013. otwiera się w nowej karcie
  20. M. Milanese, J. Norton, H. Piet-Lahanier, and E. Walter, Bounding Approaches to System Identification. Boston, MA, USA: Springer, 1996. otwiera się w nowej karcie
  21. Z. Jie and R. Sijing, ''Sliding mode control of inverted pendulum based on state observer,'' in Proc. 6th Int. Conf. Inf. Sci. Technol. (ICIST), May 2016, pp. 322-326. otwiera się w nowej karcie
  22. M.-S. Park and D. Chwa, ''Swing-up and stabilization control of inverted- pendulum systems via coupled sliding-mode control method,'' IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 9, pp. 3541-3555, Sep. 2009.
  23. P. Bhavsar and V. Kumar, ''Trajectory tracking of linear inverted pendulum using integral sliding mode control,'' Int. J. Intell. Syst. Appl., vol. 4, no. 6, pp. 31-38, Jun. 2012. otwiera się w nowej karcie
  24. R. Lozano and I. Fantoni, ''Passivity based control of the inverted pendu- lum,'' in Proc. 4th IFAC Symp. Nonlinear Control Syst. Design, vol. 31, 1998, pp. 143-148. otwiera się w nowej karcie
  25. A. I. Roose, S. Yahya, and H. Al-Rizzo, ''Fuzzy-logic control of an inverted pendulum on a cart,'' Comput. Electr. Eng., vol. 61, pp. 31-47, Jul. 2017. otwiera się w nowej karcie
  26. W. Tang, G. Chen, and R. Lu, ''A modified fuzzy PI controller for a flexible-joint robot arm with uncertainties,'' Fuzzy Sets Syst., vol. 118, no. 1, pp. 109-119, Feb. 2001. otwiera się w nowej karcie
  27. C. Peng, M.-R. Fei, and E. Tian, ''Networked control for a class of T-S fuzzy systems with stochastic sensor faults,'' Fuzzy Sets Syst., vol. 212, pp. 62-77, Feb. 2013. otwiera się w nowej karcie
  28. Z. Li and C. Yang, ''Neural-adaptive output feedback control of a class of transportation vehicles based on wheeled inverted pendulum mod- els,'' IEEE Trans. Control Syst. Technol., vol. 20, no. 6, pp. 1583-1591, Nov. 2012. otwiera się w nowej karcie
  29. k. Åström and K. Furuta, ''Swinging up a pendulum by energy control,'' Automatica, vol. 36, no. 2, pp. 287-295, Feb. 2000. otwiera się w nowej karcie
  30. J.-J. Wang, ''Simulation studies of inverted pendulum based on PID controllers,'' Simul. Model. Pract. Theory, vol. 19, no. 1, pp. 440-449, Jan. 2011. otwiera się w nowej karcie
  31. L. B. Prasad, B. Tyagi, and H. O. Gupta, ''Optimal control of nonlinear inverted pendulum dynamical system with disturbance input using PID controller and LQR,'' in Proc. IEEE Int. Conf. Control Syst., Comput. Eng., Nov. 2011, pp. 540-545. otwiera się w nowej karcie
  32. C. Aguilar-IbaÑez, J. A. Mendoza-Mendoza, M. S. Suarez-Castanon, and J. Davila, ''A nonlinear robust PI controller for an uncertain system,'' Int. J. Control, vol. 87, no. 5, pp. 1094-1102, May 2014. otwiera się w nowej karcie
  33. A. K. Patra, S. S. Biswal, and P. K. Rout, ''Backstepping linear quadratic gaussian controller design for balancing an inverted pendulum,'' IETE J. Res., pp. 1-15, Mar. 2019. otwiera się w nowej karcie
  34. R. S. Martins and F. Nunes, ''Control system for a self-balancing robot,'' in Proc. 4th Exp. Int. Conf., Jun. 2017, pp. 297-302. otwiera się w nowej karcie
  35. C. Mahapatra and S. Chauhan, ''Tracking control of inverted pendulum on a cart with disturbance using pole placement and LQR,'' in Proc. Int. Conf. Emerg. Trends Comput. Commun. Technol. (ICETCCT), Nov. 2017, pp. 1-6. otwiera się w nowej karcie
  36. D. Chatterjee, A. Patra, and H. K. Joglekar, ''Swing-up and stabilization of a cart-pendulum system under restricted cart track length,'' Syst. Control Lett., vol. 47, no. 4, pp. 355-364, Nov. 2002. otwiera się w nowej karcie
  37. K. J. Åström and B. Wittenmark, Adaptive Control, N. Y. Mineola, Ed., 2nd ed. New York, NY, USA: Dover, 2008.
  38. S. Ozcelik, J. DeMarchi, H. Kaufman, and K. Craig, ''Control of an inverted pendulum using direct model reference adaptive control,'' in Proc. IFAC Conf. Control Ind. Syst., 1997, pp. 585-590. otwiera się w nowej karcie
  39. S. Trimpe, A. Millane, S. Doessegger, and R. D'Andrea, ''A self-tuning LQR approach demonstrated on an inverted pendulum,'' in Proc. 19th IFAC World Congr., 2014, pp. 11281-11287. otwiera się w nowej karcie
  40. C. Pozna and R.-E. Precup, ''An approach to the design of nonlinear state-space control systems,'' Stud. Inform. Control, vol. 27, pp. 5-14, Mar. 2018. otwiera się w nowej karcie
  41. K. J. Åström and R. M. Murray, Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers. Princeton, NJ, USA: Princeton Univ. Press, 2008. otwiera się w nowej karcie
  42. IP-STC-MATLAB Code Repository. Accessed: Jan. 3, 2020. [Online]. otwiera się w nowej karcie
  43. IP-M-Construction Mechanical Design. Accessed: Jan. 3, 2020. https://git.pg.edu.pl/invertedpendulum/ip-m-construction
  44. IP-E-Construction Electronics Circuits Design. Accessed: Jan. 3, 2020. [Online]. otwiera się w nowej karcie
  45. IP-STM32 Code Repository. Accessed: Jan. 3, 2020. [Online]. Available: https://git.pg.edu.pl/invertedpendulum/ip-stm32
  46. IP-VIDEO Repository. Accessed: Sep. 30, 2019. [Online]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=fm12DIueiPw
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 164 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi