Práce se zabývá dvoukolovými nestabilními systémy, které jsou založené na principu inverzního kyvadla. Obsahuje obecný popis těchto systémů a shrnuje důležité literární zdroje zabývající se danou problematikou. Dále se zabývá vytvořením matematického modelu konkrétního robota Inteco a jeho implementací do prostředí Matlab-Simulink. Navržené způsoby řízení jsou nejprve simulačně ověřeny a potom aplikovány na reálný systém. Konkrétně se jedná o PID, LQ a MPC regulátory. Závěr práce je věnován zhodnocení jednotlivých regulátorů na základě dosažených výsledků při řešení několika typových úloh souvisejících se stabilizací robota a sledováním definované trajektorie.
Annotation in English
This diploma thesis deals with two-wheeled unstable models, which are based on the principle of inverse pendulum. It contains a general description of these systems and summarizes important literary sources dealing with this issue. It also deals with the development of a mathematical model for the specific Inteco robot and its implementation in the Matlab-Simulink environment. The proposed control methods are first verified by simulation means and then applied to the real Inteco system. More specifically, PID, LQ and MPC controllers were tested. The conclusion of the work is devoted to the evaluation of individual controllers based on the results achieved in solving several defined tasks related to stabilization and trajectory tracking.
Keywords
dvoukolový robot, nestabilní systém, inverzní kyvadlo, matematický model, LQ řízení, MPC řízení, Inteco, Matlab, Simulink, nepřímý návrh regulátoru
Práce se zabývá dvoukolovými nestabilními systémy, které jsou založené na principu inverzního kyvadla. Obsahuje obecný popis těchto systémů a shrnuje důležité literární zdroje zabývající se danou problematikou. Dále se zabývá vytvořením matematického modelu konkrétního robota Inteco a jeho implementací do prostředí Matlab-Simulink. Navržené způsoby řízení jsou nejprve simulačně ověřeny a potom aplikovány na reálný systém. Konkrétně se jedná o PID, LQ a MPC regulátory. Závěr práce je věnován zhodnocení jednotlivých regulátorů na základě dosažených výsledků při řešení několika typových úloh souvisejících se stabilizací robota a sledováním definované trajektorie.
Annotation in English
This diploma thesis deals with two-wheeled unstable models, which are based on the principle of inverse pendulum. It contains a general description of these systems and summarizes important literary sources dealing with this issue. It also deals with the development of a mathematical model for the specific Inteco robot and its implementation in the Matlab-Simulink environment. The proposed control methods are first verified by simulation means and then applied to the real Inteco system. More specifically, PID, LQ and MPC controllers were tested. The conclusion of the work is devoted to the evaluation of individual controllers based on the results achieved in solving several defined tasks related to stabilization and trajectory tracking.
Keywords
dvoukolový robot, nestabilní systém, inverzní kyvadlo, matematický model, LQ řízení, MPC řízení, Inteco, Matlab, Simulink, nepřímý návrh regulátoru
KNAPIK, D., K. KOLEK, M. ROSOL a A. TURNAU. Autonomous, reconfigurable mobile vehicle with rapid control prototyping functionality. IFAC-PapersOnLine. 2019, 52(8), 13-18.
BOBÁL, V. Identifikace systémů. Zlín: UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009.
DOSTÁL, P.; MATUŠŮ, R. Stavová a algebraická teorie řízení. Zlín: UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2010.
BALÁTĚ, J. Automatické řízení. Praha: BEN - technická literatura, 2003.
WELLSTEAD, P. Introduction to Physical Modelling. London: Academic Press Ltd, 2000.
SKOGESTAD, S.; POSTLETHWAITE, I. Multivariable Feedback Control: Analysis and Design. Chichester: Wiley, 2005.
KNAPIK, D., K. KOLEK, M. ROSOL a A. TURNAU. Autonomous, reconfigurable mobile vehicle with rapid control prototyping functionality. IFAC-PapersOnLine. 2019, 52(8), 13-18.
BOBÁL, V. Identifikace systémů. Zlín: UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009.
DOSTÁL, P.; MATUŠŮ, R. Stavová a algebraická teorie řízení. Zlín: UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2010.
BALÁTĚ, J. Automatické řízení. Praha: BEN - technická literatura, 2003.
WELLSTEAD, P. Introduction to Physical Modelling. London: Academic Press Ltd, 2000.
SKOGESTAD, S.; POSTLETHWAITE, I. Multivariable Feedback Control: Analysis and Design. Chichester: Wiley, 2005.
