Construção, modelagem e controle de um pêndulo com roda de reação utilizando técnicas modernas

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Andreassa, Marcio Maesta
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Pêndulo invertido por roda de reação; Hardwares de baixo custo; Controladores lineares; Software SCADA; Swing up; Reaction wheel pendulum; Low cost hardware; Linear controllers
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/234886

Este trabalho tem o foco na modelagem e controle do pêndulo invertido por roda de reação. É uma variante relativamente nova do pêndulo invertido com dinâmica não linear, que utiliza como atuador uma roda de reação para troca de momento angular, que tem sido de interesse às áreas de robótica, pesquisa, acadêmica e aeroespacial. Esta dissertação propõe a modelagem e controle para elevar o pêndulo e estabilizá-lo em um ponto de equilíbrio instável. O pêndulo foi construído com estruturas mecânicas de baixo custo, e também é empregado uma simulação pelo software Matlab Simulink, para análise de desempenho a partir dos parâmetros calculados e obtidos experimentalmente. Para levar o pêndulo até a vizinhança do ponto de equilíbrio instável, foi aplicado um método inspirado no controle de energia, desenvolvendo um movimento denominado swing up. O controlador linear empregado para estabilizar o pêndulo sobre um ponto de um equilíbrio instável consiste de um controle por realimentação de estados. Para a troca de controladores em suas regiões de atuação, foi desenvolvida uma estratégia de chaveamento. A estratégia de chaveamento foi implementada por um microcontrolador, sendo o motor da roda de reação alimentado a partir de uma ponte H. Um software de supervisão e aquisição de dados foi implementado no modelo experimental, com qual é possível, em tempo real, ajustar os ganhos dos controladores e analisar as respostas em gráficos.