The advances and the development of vehicles and autobalance robots make
necessary the investigation of controllers able to meet the various challenges related
to the use of these systems. The focus of this work is to study the equilibrium and
position control of one two-wheeled robot. The particular interest in this application
comes from its structure and its rich physical dynamics. Since this is a complex and
non trivial problem, there is great interest in to analyze intelligent controllers. The first
part of this dissertation discusses the development of a classic PID controller. Then it
is compared with two types of intelligent controllers: On-line Neural Fuzzy Control
(ONFC) and Proportional-Integral-Derivative Neural-Network (PID-NN). Also it is
presented the implementation of controllers in a hadware plataform using the LEGO
Mindstorm kit and in a simulation plataform using the MATLAB-Simulink. Two case
studies are developed. The first one investigates the control of equilibrium and
position of two-wheeled robot on a flat terrain to observe the intrinsec performance in
lack of external factors. The second case studies the equilibrium and position control
of the robot in irregular terrains to investigate the system response under influence of
hard conditions in its environment. Finally, the performance of each controller
developed is discussed and competitive results in the control of two-wheeled robot
are achieved. / Com o avanço no desenvolvimento e utilização de veículos e robôs autoequilibrantes,
faz-se necessário a investigação de controladores capazes de atender
os diversos desafios relacionados à utilização desses sistemas. Neste trabalho foi
estudado o controle de equilíbrio e posição de um robô auto-equilibrante de duas
rodas. O interesse particular nesta aplicação vem da sua estrutura e da riqueza de
sua dinâmica física. Por ser um problema complexo e não trivial há grande interesse
em avaliar os controladores inteligentes. A primeira parte da dissertação aborda o
desenvolvimento de um controle clássico do tipo PID, para em seguida ser
comparado com a implementação de dois tipos de controladores inteligentes: On-line
Neuro Fuzzy Control (ONFC) e Proportional-Integral-Derivative Neural-Network (PIDNN).
Também é apresentada a implementação dos controladores em uma
plataforma de hardware, utilizando o kit LEGO Mindstorm, e numa plataforma de
simulação utilizando o MATLAB-Simulink. Em seguida, dois estudos de casos são
desenvolvidos visando comparar o desempenho dos controladores. O primeiro caso
avalia o controle de equilíbrio e posição do robô auto-equilibrante de duas rodas
sobre um terreno plano tendo como interesse observar o desempenho intrínseco do
sistema sob ausência de fatores externos. O segundo caso estuda o controle de
equilíbrio e posição do robô em terrenos irregulares visando investigar a resposta do
sistema sob influência de condições adversas em seu ambiente. Finalmente, o
desempenho de cada um dos controladores desenvolvidos é discutido, verificando-se
resultados competitivos no controle do robô auto-equilibrante de duas rodas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:UERJ:oai:www.bdtd.uerj.br:5654 |
| Date | 25 February 2015 |
| Creators | Sender Rocha dos Santos |
| Contributors | José Franco Machado do Amaral, Jorge Luís Machado do Amaral, Pedro Henrique Gouvêa Coelho, Douglas Mota Dias |
| Publisher | Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica, UERJ, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ, instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro, instacron:UERJ |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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