Modelagem e Controle em Cascata com Realimentação Linearizante de um Pêndulo Invertido Sobre Base Móvel

Abstract

Modelagem e Controle de Pêndulo Invertido Sobre Base Móvel: Este trabalho tem como objeto de estudo um pêndulo invertido sobre uma base móvel, como abstração do movimento translacional em linha reta de um veículo Segway. Tal veículo foi concebido para uso no ambiente urbano e em espaços fechados, como shopping centers, ruas e praças, por ser bastante compacto para o transporte individual de uma pessoa a qual se desloca em pé. No entanto, apresenta a desvantagem de ser um sistema instável em malha aberta, e, portanto apresenta-se como um problema desafiador do ponto de vista de engenharia de controle. Como primeiro passo na metodologia de projeto, é feita a modelagem da dinâmica do sistema por meio de Mecânica Lagrangiana, obtendo-se, ao final, equações do movimento para o deslocamento angular do pêndulo e para a posição da base móvel. Na sequência, analisa-se o equilíbrio e demonstra-se a sua instabilidade. No que tange ao controle, propõe-se uma estrutura em cascata, em que na malha interna atua-se na força motriz (aplicada pelos motores) para controle da posição angular, enquanto a malha externa oferece uma referência de posição angular para controle da velocidade linear (de translação). Para melhorar o projeto, conferindo maior robustez ao sistema de controle, é proposta uma realimentação linearizante na malha interna. São apresentados e discutidos resultados de simulação no Matlab/Simulink para avaliação do desempenho dos controladores projetados.