Modeling and comparison of different control strategies for a two wheeled self balancing vehicle.
Creators: name: GHAHREMANI, Azadeh
Publisher: name: Universit� degli studi di Bergamo
Year: 2022

description: Lo scopo di questa tesi � lo sviluppo di tecniche di controllo applicate al veicolo autobilanciante a due ruote. 
L'obiettivo primario del controllore � il bilanciamento del veicolo attorno alla sua posizione di equilibrio instabile, nonch� l'efficace risposta alle azioni di guida effettuate dal pilota.

In questi studi il modello matematico del veicolo � stato ricavato utilizzando due approcci differenti: le equazioni di Maggi e le equazioni di Lagrange con moltiplicatori indeterminati, sotto le
ipotesi di condizioni di puro rotolamento tra pneumatici e superficie stradale; tali condizioni
sono state in particolare espresse come vincoli non olonomi.
Assieme alla modellizzazione matematica, un prototipo virtuale che include la modellazione avanzata del contatto pneumatico-strada � stato sviluppato utilizzando MSC Adams, software dedicato alla simulazione multibody.

Diverse tipologie di strategie di controllo, classiche e moderne, sono state valutate. Queste includono:
Sliding Mode Control (SMC), controllo PID, linearizzazione esatta tramite retroazione, regolazione lineare-quadratica e posizionamento dei poli. Queste tecniche sono state applicate in particolare al sottosistema SIMO instabile e sotto-attuato che fa riferimento ai moti longitudinale e di beccheggio.

Le prestazioni di queste strategie di controllo sono validate e confrontate non solo attraverso simulazioni in Matlab, ma anche attraverso la cosimulazione Matlab/Adams del controllore e 
del prototipo virtuale.

Anche se ciascuna tecnica di controllo presenta peculiari vantaggi e limitazioni, le attivit� di 
simulazione suggeriscono che il controllore SMC offre prestazioni superiori per quanto riguarda il
bilanciamento del veicolo, fornendo al contempo una buona risposta relativa all'inseguimento della velocit� longitudinale di riferimento. Un'analisi tramite metodo diretto di Lyapunov dimostra inoltre
che il regolatore SMC garantisce tempi di convergenza finiti a una superficie di sliding stabile.
Questi vantaggi sono per� controbilanciati dalla complessit� e dal gran numero di parametri che 
caratterizzano la legge di controllo SMC, la determinazione dei quali pu� costituire un ostacolo
all'implementazione del regolatore.
Un altro sistema di controllo non lineare fondato sulla linearizzazione in feedback � perci� presentato
come alternativa.

La linearizzazione del modello matematico attorno al punto di equilibrio instabile 
� stata effettuata al fine di permettere
l'uso di classiche tecniche di controllo quali la regolazione lineare-quadratica e il posizionamento dei poli del sistema. Questi controllori sono stati applicati sia per il bilanciamento che per la guida del veicolo.
Infine viene dimostrata la taratura empirica di un sistema di controllo basato su regolatori PID.

L'efficacia e la robustezza di ciascun controllore sono state valutate e confrontate attraverso la
simulazione Matlab e la cosimulazione Matlab/Adams di diversi scenari di guida.
La validazione sperimentale dei risultati delle simulazioni sar� oggetto di studi futuri
che si avvarranno su un prototipo in scala reale del veicolo, i cui componenti hardware e software sono all'interno di questa tesi discussi e testati in isolamento.