Експериментальне дослідження стабілізації положення пристрою для переміщення малогабаритних вантажів
Ключові слова:
експериментальне дослідження, двоколісний пристрій, керування рухом, нестійка динамічна система, ПІД-регулятор, стабілізація положенняАнотація
Для підтвердження застосовності теоретичного методу синтезу оптимального керування рухом пристрою для транспортування малогабаритних вантажів постає питання проведення експериментального дослідження такого керування на практиці. В даній роботі описано методику проведення експериментального дослідження процесу стабілізації положення пристрою для транспортування малогабаритних вантажів та методи оцінки якості такої стабілізації.
Очікуваним результатом було отримати експериментальні дані перевірки якості розробленого керування для 11 наборів коефіцієнтів ПІД-регулятора. Надалі з них обрано коефіцієнти регулятора, які найкраще себе показали в процесі стабілізації положення пристрою. Також отримано експериментальні дані роботи пристрою з мінімальною похибкою при порівнянні з теоретичними даними.
При проведенні експериментального дослідження використано фізичну модель двоколісного пристрою для транспортування малогабаритних вантажів. Було перевірено якість реалізації регулювання положення пристрою на одинадцяти наборах коефіцієнтів ПІД-регулятора. Зібрано масиви експериментальних даних роботи пристрою, проведено порівняння з теоретичними даними та проведено оцінку якості процесу стабілізації положення пристрою.
При співставленні теоретичних і експериментальних даних отримано показники максимальних та середньоквадратичних похибок кута нахилу пристрою, показники похибок максимальної та середньоквадратичної кутової швидкості нахилу пристрою. Декремент згасання коливань знаходився в межах 0,25…2,11. Серед усіх розв’язків обрано найкращим з практичної точки зору є результат набору наступних коефіцієнтів ПІД-регулятора: пропрорційний k1=-2,112, інтегральний k2=-1,756, диференціальний k3=-1,38·10-7. Цей результат відповідає найбільшому декременту згасання коливань (λ=2,11). Отриманий результат дав підстави вважати методику синтезу оптимального керування дієвою, а задачу експериментальної перевірки виконаною.
Посилання
Zarivny O., Romasevych Y. (2023). Development of a physical model of the device for transporting small loads. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine. Vol. 19(6). DOI: 10.31548/dopovidi6(106).2023.024.
Sangtae K., Sangjoo K. (2017). Nonlinear Optimal Control Design for Underactuated Two-Wheeled Inverted Pendulum Mobile Platform. IEEE/ASME Transactions on Mecha-tronics. DOI: 10.1109/TMECH.2017.2767085.
Nikpour M., Huang L. (2023). Experimental evaluation of a novel stability control system for two-wheeled robotic wheelchairs. Materials Today: Proceedings. DOI: 10.1016/j.matpr.2023.04.691.
Velagi´c J., Kovaˇc I., Panjevi´c A., Osma-novi´c A. (2021). Design and Control of Two-Wheeled and Self-Balancing Mobile Robot. Conference: 2021 International Symposium ELMAR. doi: 10.1109/ELMAR52657.2021.9550938
Duc Thien Tran, Nguyen Minh Hoang, Nguyen Huu Loc and others. (2023). A Fuzzy LQR PID Control for a Two-Legged Wheel Robot with Uncertainties and Variant Height. Journal of Robotics and Control (JRC). Vol. 4(5), 612 - 620. DOI: 10.18196/jrc.v4i5.19448.
Oryschuk P., & Salerno A., Al-Husseini A. and others. (2009). Experimental Validation of an Underactuated Two-Wheeled Mobile Robot. Mechatronics. Vol. 14(2), 252-257. DOI: 10.1109/TMECH.2008.2007482.
Klemm V., Morra A., Gulich L. and others. (2020). LQR-Assisted Whole-Body Control of a Wheeled Bipedal Robot with Kinematic Loops. IEEE Robotics and Automation Let-ters.Vol. 5(2), 3745-3752. DOI: 10.1109 /LRA.2020.2979625.
Park M., Kang Y. (2021). Experimental Veri-fication of a Drift Controller for Autonomous Vehicle Tracking: a Circular Trajectory Using LQR Method. International Journal of Control, Automation and Systems. Vol. 19, 404 - 416. DOI: 10.1007/s12555-019-0757-2.
Kokkrathoke S., Rawsthorne A., Zhang H. and others. (2022). Nonlinear Optimal Stabilising Control of a Two-wheel Robot. International Journal of Modelling, Identification and Control. Vol. 38 (2), 175-189. DOI: 10.1504/ IJMIC.2021.10046770.
Chotikunnan P., Chotikunnan R. (2023). Dual Design PID Controller for Robotic Ma-nipulator Application. Journal of Robotics and Control (JRC).Vol. 4, 23-34. DOI: 10.18196/ jrc.v4i1.16990.
Zhihua Chen, Shoukun Wang, Junzheng Wang and others. (2021). Control strategy of stable walking for a hexapod wheel-legged ro-bot, ISA Transactions, Vol. 108, 367 – 380. DOI: 10.1016/j.isatra.2020.08.033.
Loveikin V., Romasevych Y., Zarivnyi O. (2024). Development of a mathematical model of stabilisation of device for small-sized cargo transportation. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Vol. 20(4), 57 - 71. DOI: 10.31548/dopovidi/3.2024.57.
Romasevych Y., Loveikin V., Loveikin Y. (2022). Development of a PSO Modification with Varying Cognitive Term. 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology, Kharkiv, Ukraine, 2022. DOI: 10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916413.
Lowpass Filter / URL: https://reference.wolfram.com/language/ref/LowpassFilter.html (Access data 25.02. 2025)
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Yuriy Romasevych, Oleksandr Zarivnyi
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Право авторства належить авторам статей. Невиключні права на першу публікацію матеріалів статті автори передають редакції журналу «Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини» на умовах угоди з авторами згідно ліцензії Creative Commons CC BY 4.0. При цьому авторри мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Запозичення матеріалів повністю або частково можливе з посиланням на вихідні дані журналу з обов'язковою вказівкою правовласника та імен авторів статей. При створенні на основі опублікованих у журналі статей нових матеріалів, цитуванні або перекладі фрагментів статей з метою їхнього цитування необхідно посилатися на першоджерела з дотриманням правил цитування.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
- автори зберігають за собою авторські права на роботу та передають журналу право першої публікації разом із роботою, одночасно ліцензуючи її на умовах Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим поширювати цю роботу з обов'язковим зазначенням авторства цієї роботи та посиланням на оригінальну публікацію у цьому журналі.
- автори зберігають за собою право укладати окремі додаткові контрактні угоди на неексклюзивне розповсюдження версії роботи, опублікованої в цьому журналі (наприклад, розмістити її в університетському сховищі або опублікувати її в книзі), з посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі.
- авторам дозволяється розміщувати їх роботу в мережі Інтернет (наприклад, в університетському сховищі або на їхньому персональному веб-сайті) до і під час процесу розгляду її даним журналом, оскільки це може призвести до продуктивного обговорення, а також до більшої кількості посилань на дану опубліковану роботу (Дивися The Effect of Open Access).
Дозвіл на повторне використання визначається наступною користувальницькою ліцензією:
- Creative Commons Attribution (CC BY 4.0): дає можливість іншим поширювати і копіювати статтю, створювати уривки, реферати та інші виправлені версії, адаптації або похідні роботи зі статті (наприклад, переклад) для включення в колективну роботу (наприклад, монографію), для пошуку тексту або даних в статті, навіть в комерційних цілях, за умови, що вони вказують автора (ів), не змінюють статтю в такий спосіб, щоб завдати шкоди честі або репутації автора.
