Controle de robô pêndulo invertido sobre duas rodas por abordagem analítica e experimental
| dc.contributor.advisor1 | TEIXEIRA, Raphael Barros | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4902824086591521 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1ORCID | https://orcid.org/0000-0003-2993-802X | pt_BR |
| dc.creator | OLIVEIRA, Alexandre Montibeller de | |
| dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/9051529950625349 | pt_BR |
| dc.date.accessioned | 2025-04-01T13:52:31Z | |
| dc.date.available | 2025-04-01T13:52:31Z | |
| dc.date.issued | 2023-12-15 | |
| dc.description.abstract | This work investigated the outcomes of implementing, in practice, an analytical and an experimental method for the angular position control of a two-wheeled inverted pendulum robot constructed in the laboratory of UFPA (Federal University of Pará), Tucuruí campus. The control objective was to maintain the robot in vertical balance in a steady state. The analytical method involved modeling the system using state-space representation and designing a controller through pole relocation with a state observer. The theoretical aspect of this method was developed based on the parameters of the UFPA laboratory robot. The contribution of this work was to implement this theory on the robot and analyze the results. The experimental method consisted of tuning a PID controller based on frequency response proposed by Ziegler-Nichols. The materials and methodologies used to adapt the physical configuration of the robot chassis, its electromechanical components, fixing elements, and the control algorithm were presented in this study. The objective was to find a balance, allowing the open-loop robot to remain closer to the 0° operating point for a longer time and, in closed-loop, preventing abrupt variations in the pendulum’s angular position due to the application of small torque values by the motors. The integration of the robot’s hardware with the control logic on Arduino through the Integrated Development Environment (IDE) platform was also described for both the analytical and experimental methods. The analytical method did not exhibit the expected behavior, proving ineffective in controlling the robot’s angular position, necessitating further research for its potential application. As for the Ziegler-Nichols experimental method, permanent equilibrium for the robot was achieved; however, it did not provide a more in-depth understanding of the system dynamics or the definition of more specific design requirements. | pt_BR |
| dc.description.resumo | Este trabalho investigou os resultados da implementação na prática de um método analítico e um experimental de controle de posição angular de um robô pêndulo invertido sobre duas rodas construído no laboratório da UFPA (Universidade Federal do Pará), campus Tucuruí. O objetivo do controle foi manter o robô em equilíbrio vertical em regime permanente. O método analítico foi realizado por meio da modelagem do sistema por espaço de estados e projeto de controlador por realocação de polos com observador de estados. A parte teórica desse método foi desenvolvida com base nos parâmetros do robô do laboratório da UFPA. A contribuição desse trabalho foi implementar essa teoria no robô e analisar os resultados. O método experimental foi o de sintonia de controlador PID com base em resposta em frequência proposta por Ziegler-Nichols. Nesse trabalho foram apresentados os materiais e as metodologias utilizadas para adaptar a configuração física do chassi do robô, seus componentes eletromecânicos e de fixação, e o algoritmo de controle para encontrar um equilíbrio entre fazer o robô em malha aberta permanecer por mais tempo próximo do ponto de operação 0° e, em malha fechada, evitar que a posição angular do pêndulo variasse de maneira abrupta devido à aplicação de valores pequenos de torque pelos motores. Também foi apresentada a forma como ocorreu a integração do hardware do robô com a lógica de controle no Arduino por meio da plataforma IDE (Integrated Development Environment), tanto para o método analítico quanto para o experimental. O método analítico não teve o comportamento esperado, de forma que não foi eficaz no controle da posição angular do robô, sendo necessário mais pesquisa para viabilizar a aplicação da mesma. Para o método experimental de Ziegler-Nichols, foi alcançado o equilíbrio do robô em regime permanente; no entanto, ele não possibilitou um conhecimento mais aprofundado da dinâmica do sistema e a definição de requisitos de projeto mais específicos. | pt_BR |
| dc.identifier.citation | OLIVEIRA, Alexandre Montibeller de. Controle de robô pêndulo invertido sobre duas rodas por abordagem analítica e experimental. Orientador: Raphael Barros Teixeira. 2023. 117 f.Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) – Faculdade de Engenharia Elétrica, Campus Universitário de Tucuruí, Universidade Federal do Pará, Tucuruí, 2023. Disponível em: https://bdm.ufpa.br/jspui/handle/prefix/7935. Acesso em:. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | https://bdm.ufpa.br/jspui/handle/prefix/7935 | |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.source.uri | Disponível na internet via Sagitta | pt_BR |
| dc.subject | Robô pêndulo invertido sobre duas rodas | pt_BR |
| dc.subject | Espaço de estados | pt_BR |
| dc.subject | Observador de estados | pt_BR |
| dc.subject | Ziegler-Nichols | pt_BR |
| dc.subject | Inverted pendulum robot on two wheels | pt_BR |
| dc.subject | State-space | pt_BR |
| dc.subject | State observer | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::CONTROLE DE PROCESSOS ELETRONICOS, RETROALIMENTACAO | pt_BR |
| dc.title | Controle de robô pêndulo invertido sobre duas rodas por abordagem analítica e experimental | pt_BR |
| dc.type | Trabalho de Curso - Graduação - Monografia | pt_BR |