Balancing Cup Holder : How to balance a cup using DC-motors and PID-control

The use of stabilizing mechanisms is an increasingly common practice in our everyday life technology, and was chosen as the main purpose of the project. This project was based on the development of a stabilizing cup holder that can compensate for angular changes. This report includes the theories and tests that were used in the project to answer the research questions. A theoretical model was made to help with the construction of the demonstrator and the development of the software. The demonstrator was built to test out the various scenarios: balancing from the tilt of 10° and balancing with an angular velocity of 20 and 40 degrees per second respectively. Both these tests were conducted with both solid material and liquid of an equal weight. The cup holder consists of an IMU that measures the acceleration and angular speed in three axes. The data from the IMU is then processed through a Kalman-filter to receive the proper data. The system was constructed to compensate for angular changes and acceleration with two DC-motors that function as separate subsystems controlled by separate data. The motors are then controlled by separate PID-controllers. The requirements that were set for the results were to have a response time of less than 0.5 seconds, and an overshoot of less than 6°. The tests succeeded to hold those requirements in the first two test cases and failed in the third test case for both solid and liquid materials, with the exception of one motor in the second test with liquid.Användningen av stabiliseringsmekanismer har blivit mer och mer vanligt i vardagsteknologi, och därför valdes detta som huvudsyftet med projektet. Projektet baserades på utvecklingen av en stabiliserande kopphållare som kan kompensera för vinkelförändring. Denna rapport innehåller teorier och tester som användes i projektet för att besvara frågeställningarna. En teoretisk modell gjordes för att underlätta konstruktionen av demonstratorn och utvecklandet av mjukvaran. Demonstratorn byggdes för att testa flera scenarion: att balansera från 10 graders lutning och att balansera med en vinkelhastighet på 20 respektive 40 grader per sekund. Dessa tester gjordes med både solitt material och med vätska med samma vikt. Kopphållaren består av en IMU som mäter acceleration och vinkelhastighet i tre axlar. Datan från IMUn körs sedan genom ett Kalman-filter för att få fram rätt data. Systemet var konstruerat för att kunna kompensera för vinkelförändring och acceleration med två DC-motorer som är del av separata subsystem med separata indata. Motorerna är sedan kontrollerade av separata PID-kontrollenheter. Kraven som ställdes på resultaten var att responstiden skulle vara mindre än en halv sekund och att overshooten skulle vara mindre än 6 grader. De två första testerna lyckades klara kraven medan det tredje testet inte gjorde det. Undantaget var att en motor inte klarade kravet i det andra testet när det var vätska i koppen