Design and implementation of control algorithms for stabilization of rotary inverted pendulum

Abstract

Rotary Inverted Pendulum is a popular test-bed in control theory applications as it has a nonlinear characteristics and unstable structure. To drive the pendulum to upright position and holding the stick of the pendulum stabilized in that condition is one of the important benchmark problems in control theory. Generally, the control structure of this system consists of two modes. The first mode is known as the swing up mode where the pendulum is brought into nearly upright position from a stand still downward orientation. The second control mode is called as hold mode and it switches the swing up mode when the pendulum is in an epsilon neighborhood of the upright position and its aim is to stabilize the pendulum and keeping it motionless at this condition. The intention in this thesis is developing hold mode control structures integrating the State Feedback Control, Routh Hurwitz method and Genetic Algorithms. Keywords: Rotary Inverted Pendulum, Genetic Algorithm, State Feedback, Routh Hurwitz, Multi Criteria Optimization.

Döner ters sarkaç sistemi kontrol teorisi uygulamalarında popüler bir test ortamıdır. Çünkü döner ters sarkaç doğrusal olmayan özelliklere ve dengesiz bir yapıya sahiptir. Sarkacı dik pozisyona getirmek ve sarkacın çubuğunu bu durumda kararlı tutmak kontrol teorisindeki en önemli değerlendirme problemlerindendir. Genellikle, bu sistemin kontrol yapısı iki moddan oluşur. İlk mod, sarkacın hareketsiz baş aşağı pozisyondan neredeyse dik pozisyona getirildiği salınım yaparak yukarı kaldırma modu olarak bilinir. İkinci kontrol moduna tutma modu denir ve sarkaç dik pozisyonun çalışma noktası komşuluğunda olduğunda salınım yaparak yukarı kaldırma modunun yerine görevi devralır. Bunun amacı sarkacı kararlı hale getirmek ve bu durumda hareketsiz kalmasını sağlamaktır. Bu tezin amacı durum geri beslemesi kontrolü, Routh Hurwitz metodu ve Genetik Algoritmaları entegre ederek tutma modu kontrol yapılarını geliştirmektir. Anahtar Kelimeler: Döner Ters Sarkaç Sistemi, Genetik Algoritma, Durum Geri Beslemesi, Routh Hurwitz, Çok Kriterli Optimizasyon