Confecționarea machetei pendulului inversat

Abstract

Scopul general al tezei: Macheta pendulului inversat elaborată în cadrul tezei de master are drept scop familiarizarea studenților cu un sistem care descrie o problemă a teoriei controlului automat. Acest stand a fost confecționat pentru o dezvoltare continuă a lui și o perfecționare pe viitor. Avantajul acestei machete este că poate fi ușor modificată și de schimbat metoda de control utilizînd programarea. Macheta a fost realizată din componente industriale care la fel este un avantaj pentru mediul studențesc, o alternativă de a se familiariza cu sistemele industriale prin studierea acestui stand.

În prima parte a lucrării a fost făcut un studiu asupra fudamentării teoretice a problemei pendulului inversat. S-a descris dinamica pendulului inversat și modelul matematic al acestuia. Dintr-un sistem neliniar s-a obținut modelul matematic liniar prin expasiunea seriilor Taylor. A fost revizuită literatura și cercetările relevante pe subiectul pendulului inversat.

În partea a doua s-au descris două dintre cele mai populare metode de control a pendulului inversat. La aceste două exemple a fost descrise modelele matematice, aduse caracteristicele principale și argumentate importanța tipului de control. S-a implementat metoda regulatorului PID pe macheta pendulului inversat. Au fost luate caracteristicile de pe macheta pendulului inversat.

În ultima parte a fost proiectată macheta pendulului inversat. S-a studiat microcontrolerul S7-200 și soft-ul de programare a acectuia în limbajul LAD. Acționarea electrică realizată de un servomotor cu magneți permanenți pe motor, alimentat și controlat de servoamplificator. Tot în acest capitol a fost descris modul de parametrizare a servoamplificatorului. S-a descris tipul encoderului și cum acesta funcționează. A fost desenată schema electrică și algoritmul de funcționare a machetului pendulului inversat.

Această lucrare a fost elaborată în baza machetei reale a pendulului inversat cu suportul companiei ”Vetropack Chișinău S.A”.

General purpose of the thesis: The inverted pendulum model developed as part of the master thesis aims to familiarize students with a system that describes a problem in automatic control theory. This stand was made for a continuous development and a further improvement in the future. The advantage of this layout is that it can be easily modified and the control method changed using programming. The mock-up was made from industrial components which is also an advantage for the student environment, an alternative to become familiar with industrial systems by studying this stand.

In the first part of the paper a study of the theoretical fuzziness of the inverted pendulum problem was made. The dynamics of the inverted pendulum and its mathematical model were described. From a nonlinear system the linear mathematical model was obtained by Taylor series expansion. Relevant literature and research on the subject of the inverted pendulum was reviewed.

In Part 2, two of the most popular methods of controlling the inverted pendulum were described. To these two examples the mathematical models were described, the main characteristics were given and the importance of the control type was argued. The PID controller method was implemented on the inverted pendulum model. The characteristics of the inverted pendulum model were taken.

In the last part the inverted pendulum model was designed. The S7-200 microcontroller and the software for programming the pendulum in the LAD language were studied. The electric drive is realized by a servo motor with permanent magnets on the motor, powered and controlled by the servo amplifier. Also in this chapter the parameterization of the servo amplifier has been described. The type of encoder and how it works has been described. The wiring diagram and the algorithm of operation of the inverted pendulum model was drawn.

This work was elaborated based on the real model of the inverted pendulum with the support of ”Vetropack Chișinău S.A”.