Control of a ball-and-plate system using a State-feedback controller

• David Núñez ^[2] ; Gustavo Acosta ^[2] ; Jovani Jiménez ^[1]
  1. [1] Universidad Nacional de Colombia

     Universidad Nacional de Colombia

     Colombia

     
  2. [2] Politécnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid (Colombia)
• Localización: Ingeniare: Revista Chilena de Ingeniería, ISSN-e 0718-3305, ISSN 0718-3291, Vol. 28, Nº. 1, 2020, págs. 6-15
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Control de un sistema bola-placa utilizando un controlador por realimentación de estados
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• Resumen
  • español

    Una plataforma bola-placa es un ejemplo común de sistema dinámico utilizado para aplicar los conceptos de modelado y control estudiados en algunos cursos de ingeniería. En este tipo de sistemas, un cuerpo esférico se coloca sobre una placa móvil con dos grados de libertad. El sistema es accionado por dos servomotores que provocan el desplazamiento de la esfera en los ejes x e y en el plano de la plataforma. Se sabe que dicho sistema es altamente inestable y no lineal. Inicialmente, a partir de un análisis fenomenológico se obtuvo una representación del sistema en el espacio de estado. A continuación, un controlador de realimentación de estado basado en el método de asignación de polos fue diseñado para mantener una posición deseada de la esfera sobre el plano. Una técnica de visión por computador fue usada para medir la posición bidimensional de la esfera sobre el plano en tiempo real. El modelado de la planta en estudio y el diseño del controlador para el posicionamiento de la esfera se validaron experimentalmente considerando diferentes puntos de ajuste. Los resultados obtenidos mostraron que el controlador diseñado es estable y responde satisfactoriamente a las perturbaciones de posición de la esfera alrededor del punto de referencia.

  • English

    A ball-and-plate platform is a common example of the dynamical system used to apply modeling and control concepts studied in some engineering courses. In this kind of systems, a spherical body is positioned on a mobile plate with two degrees of freedom. The system is operated by two servo motors that cause displacement of the sphere in the x and y axis in the plane of the platform. It is known that such a system is highly unstable and non-linear. Initially, from a phenomenological analysis we obtained a state-space representation of the system. Then, a state feedback controller using the pole assignment method was designed to maintain a desired position of the sphere over the plane. A computer vision technique allowed us measuring the two-dimensional position of the sphere over the plane in real time. Model of the plant under study and controller design for sphere positioning were experimentally validated considering different set-points. Obtained results let us know that our plant-controller is stable and responds satisfactorily to position disturbances around a reference point.