Minimum Time Swing up and Stabilization of Rotary Inverted Pendulum Using Pulse Step Control

اين مقاله روشي را براي زمان كمينه بالا رفتن يك آونگ وارون چرخشي پيشنهاد مي كند. آونگ وارون چرخشي ما بر يك بازوي لولا شده تكيه دارد. بازوي لولا شده در يك صفحه افقي توسط يك سر و موتور مي چرخد، انتهاي ديگر بازو با يك مفصل كه محور آن در جهت شعاعي موتور است متصل است. يك آونگ در محل اتصال آويخته شده است. هدف ساختن كنترلگري است كه آونگ را در سطح عمودي به حركت در آورده، آن را بالا نگه داشته و وضعيت بازو را در طول حركت حفظ نمايد. در كنترلگر تركيبي هوشمند عمومي، يك كنترلگر PDبا پس خورد مثبت براي چرخش بالا و يك كنترلگر فازي تنظيمي براي پايدار سازي طراحي مي شود. به منظور رسيدن به يك زمان كمينه بالا رفتن، يك كنترلگر موسوم به كنترلگر تركيبي هوشمند زمان كمينه در اين مقاله پيشنهاد مي شود كه در واقع يك كنترلگرPD به اضافه يك كنترلگر گام ضربه اي است كه براي بالا رفتن آونگ همزمان با كنترلگر فازي به منظور پايدار سازي عمل مي كند. با روش سعي و خطا، عمل كنترل ضربه اي به گونه اي تنظيم مي شود كه به زمان كمينه بالا رفتن برسد. براي گذر از حالت بالا رفتن به حالت پايداري، روش كنترل تنظيم مبتني بر انرژي پيشنهاد مي شود. در مقايسه با كنترلگرهاي تركيبي موجود، زمان بالا رفتن در كنترلگر پيشنهادي، همان گونه كه در مثالهاي شبيه سازي شده كامپيوتري نشان داده شده اند، به طور محسوسي كاهش مي يابد.

This paper proposes an approach for the minimum time swing up of a rotary inverted pendulum. Our rotary inverted pendulum is supported by a pivot arm. The pivot arm rotates in a horizontal plane by means of a servo motor. The opposite end of the arm is instrumented with a joint whose axis is along the radial direction of the motor. A pendulum is suspended at the joint. The task is to design a controller that swings up the pendulum, keeps it upright and maintains the arm position. In the general intelligent hybrid controller, a PD controller with a positive feedback is designed for swinging up and a fuzzy balance controller is designed for stabilization. In order to achieve the swing up in a minimal time, a controller named Minimum Time Intelligent Hybrid Controller is proposed which is precisely a PD controller together with a pulse step controller for swinging up along with the fuzzy balance controller for stabilization. The impulsive control action is tuned by trial and error to achieve the minimum-time swing-up. An energy based switching control method is proposed to switch over from swing up mode to stabilization mode. Extensive computer simulation results demonstrate that the swing up time of the proposed minimum-time controller is significantly less than that of the existing general hybrid nonlinear controller.