Real Time Full State Feedback Control of a Seesaw System Based on LQR

Yıl 2019, Cilt: 22 Sayı: 4, 1023 - 1030, 01.12.2019

Selçuk Kizir

https://doi.org/10.2339/politeknik.461723

Cited By: 3

Öz

In this study, experimental results for the control of the seesaw system which is an under-actuated system by the state feedback method using linear quadratic regulator (LQR) are presented. The system consists of two arms that are fixed from the center of gravity and turn freely. Balance control is provided by a linear rail between the two arms and a cart that can move on the rail. Since the proposed system contains a nonlinear and unstable structure, it is used for the educational purposes in the analysis of nonlinear systems in the control systems courses and laboratories. The mathematical model of the system is given and the balance control on the real-time system has been successfully accomplished by the full state feedback method using Bryson’s rule and linear quadratic regulator. The designed controller is implemented by a rapid control prototyping method on an ARM (Advanced RISC Machine) based development kit. External disturbances were applied to the system in order to test the performance of the controller and it was observed that it was able to control the system under disturbances.

Anahtar Kelimeler

Seesaw mechanism, state feedback, real time control, bryson’s rule, linear quadratic regulator

Denge Kontrol Sisteminin LQR ile Gerçek Zamanlı Durum Geri Beslemeli Kontrolü

Öz

Bu
çalışmada tahterevalli sistemi olarak da bilinen eksik tahrikli bir denge
kontrol düzeneğinin durum geri besleme yöntemi ile kontrolüne yönelik deneysel
sonuçlar sunulmuştur. Sistem ağırlık merkezinden sabitlenmiş ve serbestçe
dönebilen iki koldan oluşmaktadır. İki kol arasında doğrusal bir ray ve ray
üzerinde hareket edebilen bir araba ile denge kontrolü sağlanmaktadır. Sistem
doğrusal olmayan yapısı ve kararsız olması nedenleriyle kontrol laboratuvarlarında
ve derslerinde eğitsel ve araştırma amaçlı kullanılmaktadır. Sistemin
matematiksel modeli verilmiş ve tam durum geri besleme yöntemi ile gerçek
zamanlı sistem üzerinde denge kontrolü başarılı bir şekilde
gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan denetleyici ARM tabanlı bir geliştirme kiti
üzerinde hızlı kontrol prototiplemesi yöntemi ile uygulanmıştır. Sisteme
çeşitli bozucu etkiler uygulanmış ve denetleyicinin bu etkilerin üstesinden
gelebildiği gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Denge kontrol sistemi, durum geri-besleme, gerçek zamanlı kontrol, bryson kuralı, doğrusal karesel regülatör

Kaynakça

• Zafer Bingül ([e-mail])
• Serdar Küçük ([e-mail])
• Sabri Bıçakçı ([e-mail])