Construção, Modelagem e Controle por Alocação de Polos e Regulador Quadrático Linear (Lqr) de UmPêndulo Furuta
Ano de defesa: | 2022 |
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Autor(a) principal: | |
Orientador(a): | |
Banca de defesa: | , , , |
Tipo de documento: | Dissertação |
Tipo de acesso: | Acesso aberto |
Idioma: | por |
Instituição de defesa: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornelio Procopio |
Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
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Departamento: |
Não Informado pela instituição
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País: |
Brasil
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Palavras-chave em Português: | |
Área do conhecimento CNPq: | |
Link de acesso: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30382 |
Resumo: | O Pêndulo Invertido Rotacional, também conhecido como Pêndulo Furuta, é um sistema mecânico caracterizado por uma dinâmica altamente não linear, com ponto de operação instável. Tais característica o assemelham a problema de grande relevância para a indústria e para a sociedade, como a estabilização de robôs bípedes e veículos de transportes individuais, o controle de lançamentos de foguetes e a modelagem de edifícios para o estudos de abalos sísmicos. Neste contexto, o presente trabalho apresenta a construção e a modelagem matemática de um Pêndulo Furuta, utilizando a formulação Lagrangiana. Também é a apresentado o projeto de controle por realimentação de estado para a estabilização da haste do equipamento numa posição vertical, utilizando os métodos de Alocação de Polos e Regulador Quadrático Linear (LQR). Tendo em vista que o controle é implementado via computador digital, são considerados no projeto do controlador os conversores Analógico/Digital e Digital/Analógico presente na malha de controle, representando a dinâmica do sistema em tempo discreto. Também é implementado um observador de estados, uma vez que nem todos as variáveis necessárias para realimentação são medidas fisicamente. A implementação dos controladores é feita com auxílio da plataforma Matlab/Simulink ®. A partir disto, são feitos quatro testes constituídos por simulações e experimentos, para validar o modelo matemático proposto e comparar os desempenhos dos controladores, frente ao objetivo de estabilizar a haste. As performances dos controladores são comparadas por análise gráfica, indicador ITAE e parâmetros de resposta transitória. Os resultados indicaram que ambos os controladores foram capazes de estabilizar a haste do Pêndulo em uma posição vertical, a despeito de distúrbios e perturbações aplicadas no sistema. Em todos os experimentos, foram identificadas características oscilatórias na resposta do sistema para os dois controladores. Por fim, o controlador por LQR apresentou melhores resultados no que diz respeito ao índice ITAE. |