Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Self-stabilizing platform: ZTäBiLAjZöR
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2016 (English)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

The use of accelerometers and gyroscopes has greatly increased in recent years, different applications of these are seen in everything from smartphones to mo-torcycles. The stabilizing mechanisms used for cameras may however be more well-known. Irrespective of purpose, motorized stabilizing mechanisms com-monly utilize an inertial measurement unit to determine real-time position and movement. This position is then analysed and an action is chosen. To improve performance, control science is often applied.

The purpose of this report is to analyze how a common PID controller will react to variations in load. This report will describe the construction and development of a self-stabilizing platform, controlled by two PID controllers, based on the Arduino platform. Theory behind the included components is presented and the methods of modeling, construction and testing is discussed.

An IMU consisting of three accelerometers and three gyroscopes is used to measure the tilt of the platform, a Kalman filter is then used to suppress the signal noise to reasonable levels. This was successfully achieved using Open- source code from the Arduino community.

Two DC-motors adjust the angle of the platform, one for each axis, with a PID controller each. The system was modelled for each motor to determine the PID controller parameters that would satisfy the requirements set regard-ing speed and precision. A fast system was prioritized to assure small angles and reduce the torque on the motor shafts. This resulted in a system with roughly 0.1 seconds of rise time, 1.3 seconds settling time and 18% overshoot at a 10° step.

By conducting step response tests using the demonstrator, the research ques-tion could be answered. It was found that a PID controller tuned for a specific system will have a performance drop but not become unstable when load is varied, up to the level of load that causes too large amounts of torque for the motors to counter.

Abstract [sv]

Själv-stabiliserande plattform

Användningen av accelerometrar och gyroskop har ökat de senaste åren, olika tillämpningar finns i allt från smarta telefoner till motorcyklar. Däremot är till exempel stabiliseringsmekanismen använd till kameror bättre känd. Oavsett syfte är det vanligt att motoriserade stabiliseringsmekanismer använder en tröghetsmätningsenhet, bättre känd som en IMU, för att avgöra position och rörelse i realtid. Denna position är sedan analyserad och en handling väljs. För att förbättra prestanda appliceras ofta reglerteknik på systemet.

Syftet med denna rapport är att undersöka hur en normal PID-regulator kommer att reagera vid variationer i belastning. Rapporten beskriver konstruktionen och utvecklingen av en själv-stabiliserande plattform, styrd av två PID-regulatorer, baserad på Arduino-plattformen. Bakomliggande teori kring komponenterna presenteras och metoder för modellering, konstruktion och testning diskuteras.

En IMU bestående av tre accelerometrar och tre gyroskop används för att mäta plattformens lutning, ett Kalman-filter dämpar sedan bruset i signalen till godtagbara nivåer. Detta åstadkoms med hjälp av kod från Open-source källor från Arduino-communityt.

Två DC-motorer justerar vinkeln på plattformen, en för var axel, med en PID-regulator var. Systemet modellerades för vardera av motorerna, för att bestämma parametrar för PID-regulatorerna som kunde uppfylla de satta kraven på hastighet och precision. Vikt lades på att systemet skulle vara snabbt för att garantera små vinklar och minimalt vridmoment på motorernas utgående axlar.

Detta resulterade i ett system med c:a 0.1 sekunders stigtid, insvängningstid på 1.3 sekunder och ett översläng på hela 18% vid ett steg på 10°. Forskningsfrågan kunde besvaras med tester genomförda på demonstratören.

Det gavs att en PID-regulator anpassad för ett visst system endast får sämre prestanda utan att bli instabil vid förändringar i belastning, upp till den vikt som hindrar motorerna från att rotera på grund av för stort vridmoment.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 58 p.
Series
, MMKB 2016:30 MDAB091
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-191519OAI: oai:DiVA.org:kth-191519DiVA: diva2:957123
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-09-01 Created: 2016-09-01 Last updated: 2016-09-01Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(4778 kB)10 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4778 kBChecksum SHA-512
bb13ecefe043aafe65c319a00a78eecc6950a173ea1c7e8bbb8c8242a290a8c4cd98eee2ad5ca50873debb70b14ffa032a88b0a1913895a6cb884c0000f3ce90
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 10 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 3 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link