Swing up Control of an Inverted Pendulum
Authors
Kapnisakis, Ioannis ; Catarinacci, Francesco
Term
4. term
Education
Publication year
2016
Submitted on
2016-10-31
Abstract
This thesis addresses how to swing up and stabilize an inverted pendulum mounted on a cart. The electrical and mechanical subsystems (power amplifier, DC motor, cart and pendulum, encoders) are analyzed and a mathematical model is derived. Based on this model, an energy-based swing-up controller is designed and switched to a linear controller near the upright equilibrium to stabilize the pendulum. The design is supported by Lyapunov-based reasoning and accounts for practical issues such as friction, singularities, and tuning of the switching logic. The approach is evaluated in MATLAB simulations and validated on a laboratory setup using a microcontroller and servo amplifier. Finally, an offline extended Kalman filter is developed for state estimation. Results are presented from both simulated and experimental behavior, and details on parameter estimation and the linear controller are provided in an appendix.
Dette speciale undersøger, hvordan et omvendt pendul kan svinges op og fastholdes i opret stilling på en vogn. De elektriske og mekaniske delsystemer (effektforstærker, DC-motor, vogn og pendul, encodere) analyseres, og en matematisk model opstilles. På den baggrund udvikles en energibaseret swing-up-kontrol, som skifter til en lineær regulator tæt på den ustabile ligevægt for at stabilisere pendulet. Udformningen understøttes af Lyapunov-baserede argumenter, og der tages højde for praktiske forhold som friktion og singulariteter samt indstilling af skiftekriterier. Metoden evalueres i MATLAB-simuleringer og valideres på et laboratorieopbygget anlæg med mikrokontroller og servo-forstærker. Endelig konstrueres et off-line udvidet Kalman-filter til tilstandsestimering. Resultaterne dokumenteres gennem simuleret og eksperimentel adfærd; detaljer om parameterestimering og lineær regulator fremgår af appendiks.
[This apstract has been generated with the help of AI directly from the project full text]
Other projects by the authors
Kapnisakis, Ioannis:
Catarinacci, Francesco: