فرآیند طراحی و اعمال کنترلگر برای سیستم آزمایشگاهی پاندول دو درجه آزادی به روش جایگذاری قطب ها

Abstract

سیستم­هایی که تعداد درجات آزادی آنها بیشتر از تعداد ورودی کنترلی­شان باشد، سیستم­های فروتحریک نامیده می­شوند. با توجه به اینکه این سیستم­ها تعداد عملگرهای کمی دارند، هزینه و پیچیدگی آنها کاهش یافته و انرژی کمتری مصرف می­کنند. یکی از مسائل متداول و پایه­ای سیستم­های فروتحریک، سیستم پاندول معکوس می­باشد که یک سیستم غیرخطی، غیر مینیمم فاز، چند متغیره، ناپایدار و شامل عدم قطعیت‌هاست. این پژوهش به مدل­سازی پاندول معکوس دو درجه آزادی پرداخته و سپس کنترلگر خطی طراحی شده به روش جایگذاری قطب­ها را به سیستم غیرخطی در مدل آزمایشگاهی اعمال نموده است. در ادامه، با اعمال کنترلگر خطی طراحی شده؛ میزان پایداری سیستم آزمایشگاهی در اثر تغییرات شرایط اولیه بررسی شده است. پاندول معکوس مدل شده از دو بازوی مفصلی تشکیل شده­ که یک عملگر در قسمت مفصل بازوی اول نصب شده است. فرآیند انتخاب عملگر از طریق شبیه­سازی میزان گشتاور و توان مصرفی سیستم انجام شده است. در ادامه با بررسی نتایج شبیه­سازی‌ها از یک سرو موتور DC، 12 ولتی و با توان نامی 2/1 وات به همراه یک گیربکس با نسبت تبدیل 275:1، به عنوان عملگر استفاده شده است. نتایج آزمایشگاهی نشان داده‌اند؛ کنترلگر خطی طراحی شده در اطراف نقطه‌ی تعادل تا حداکثر زاویه‌ی انحراف اولیه­­ی بازوها به میزان 6 درجه، به صورت مطلوبی باعث پایداری سیستم می­شود.