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Construção e projeto de controle de um monociclo autoequilibrado
(2025) Souza, Victoria Leal Garcia de
Neste trabalho é apresentado um sistema de um monociclo autônomo autoequilibrado usando roda de inércia o qual é replicado, mostrando desde a construção até o projeto e teste dos controladores usando um monociclo já existente como referência para a modelagem matemática.
Primeiro é feito o projeto de controladores usando o modelo matemático da referência, e em seguida, é feito o projeto mecânico por meio de um desenho assistido por computador tridimensional (3D CAD). É feito um projeto de controle linear para estabilização da planta usando duas técnicas que são validadas via simulações do sistema não-linear. Naturalmente, os ângulos de pitch e roll têm dinâmicas acopladas. Neste trabalho, controles lineares são projetados seguindo a linearização pelo Jacobiano que foi feita no trabalho de referência (NEVES, 2017), assumindo pequenas variações em torno
do ponto de equilíbrio, permitindo desacoplar as equações das dinâmicas dos ângulos.
O protótipo é construído fixando os componentes eletrônicos, a bateria, as rodas
e os motores a um corpo, de forma a ser totalmente autônomo. O posicionamento das
peças precisa ser equilibrado, de forma a manter a posição do centro de massa ao longo
dos eixos de simetria vertical e horizontal. Depois, as técnicas de controle são testadas no
protótipo construído.
A primeira técnica de controle testada consiste do controle ótimo LQR. A segunda
técnica de controle consiste do controle PID em cascata que, apesar de ter funcionado,
teve um desempenho pior que o LQR implementado.