Stabilization of unstable equilibrium of an inverted pendulum using PID controller and pneumatic actuators

Inverzno njihalo, kao klasični regulacijski problem, predstavlja vrlo popularnu mehatroničku aplikaciju. Za razliku od uobičajenih izvedbi u praksi, ovaj sustav inverznog njihala pogonjen je pomoću pneumatike. Izvedba sustava pneumatski pogonjenog inverznog njihala omogućuje podučavanje iz mnogih područja koja objedinjena čine pojam mehatronike. Ovakav projekt zahtijeva potrebna znanja iz područja kao što su modeliranje, simulacija, projektiranje i regulacija. Modelirana dinamika pneumatskog aktuatora, inverznog njihala, osjetila tlaka zraka u cilindru, položaja klizača cilindra kao i kuta zakreta inverznog njihala opisana je trima nelinearnim diferencijalnim jednadžbama drugog stupnja. Utjecaj promjene parametara sustava (npr. promjena mase ili duljine njihala) na ponašanje sustava lako se uočava, što zahtijeva kompenzaciju primjenom različitih tehnika regulacije i parametara regulatora. Na ovom laboratorijskom modelu mogu se koristiti različita osjetila, aktuatori, izlazne veličine te ispitati njihov utjecaj na ponašanje sustava. Cilj ovog regulacijskog problema je održanje vertikalnog položaja štapa. Regulacijski algoritam realiziran je na temelju razvijenog matematičkog modela inverznog njihala i primjenom regulatora po varijablama stanja. Pojačanja regulatora dobivena su primjenom optimalnog postupka projektiranja PID regulatora. Koristeći Wolfram Research Mathematica aplikaciju te Matlab aplikaciju i njene module Simulink i Real-Time Workshop, napravljeni su Simulink modeli te je regulacija fizikalnog postava provjerena na simulacijama i eksperimentu