Details

Данная работа посвящена исследованию методов управления маятником Фуруты, включая управление в малой области на этапе балансировки в перевёрнутом положении: ПИД-регулятор, два алгоритма обучения с подкреплением (PPO и SAC), а также алгоритм раскачки. В ходе исследования были решены следующие задачи 1. Выполнено нелинейное математическое моделирование маятника Фуруты. 2. Проведена имитационная проверка алгоритмов ПИД, PPO и SAC в MATLAB/Simulink, а также отдельно разработан алгоритм раскачки swing-up. 3. Выполнен перенос объекта моделирования на микроконтроллер STM32 и проведена проверка реализуемости данных алгоритмов. 4. Проведены обобщение и сравнение результатов, полученных для данных алгоритмов, включая результаты моделирования и переноса на микроконтроллер, а также выполнен анализ причин. Результаты показали, что на этапе MATLAB/Simulink алгоритм SAC обладает лучшим качеством управления, однако при переносе на микроконтроллер STM32 только ПИД-регулятор обеспечил устойчивое и эффективное управление, тогда как остальные алгоритмы лишь продемонстрировали намерение управления. Причины подробно проанализированы в ГЛАВЕ 4.

This work is devoted to the study of control methods for the Furuta pendulum, including small-region control at the balancing stage in the inverted position: the PID controller, two reinforcement learning algorithms (PPO and SAC), and the swing-up algorithm. The following tasks were solved during the research:     1. Nonlinear mathematical modeling of the Furuta pendulum was carried out.     2. Simulation verification of the PID, PPO and SAC algorithms was performed in MATLAB/Simulink, and a separate swing-up algorithm was designed.     3. The simulation object was transferred to the STM32 microcontroller, and the feasibility of these algorithms was verified.     4. The results obtained by these algorithms, including simulation results and the results of transfer to the microcontroller, were summarized and compared, and the reasons were analyzed.     The results showed that at the MATLAB/Simulink stage, SAC had better control performance. However, when transferred to the STM32 microcontroller, only the PID algorithm achieved stable and effective control, while the other algorithms only showed the intention of control. The reasons are analyzed in detail in CHAPTER 4.