Assessment of LQR and Explicit MPC Methods for an Inverted Pendulum on a Cart System

Özgür H. E., Özbek N. S., Sarıgeçili M. İ.

MAS 16th International, European Conference On Mathematics, Engineering, Natural & Medical Sciences, Mardin, Türkiye, 22 - 23 Şubat 2022, ss.225-234

  • Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
  • Basıldığı Şehir: Mardin
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.225-234
  • Çukurova Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Bu çalışmada; kararsız, eksik eyleyicili doğrusal olmayan bir sistem olan araba üzerinde ters sarkaç (IPC) sistemi iki optimal kontrol tekniği altında incelenmiştir. Ele alınan kontrol teknikleri; Doğrusal Kuadratik Regülatör (LQR) ve Model Öngörülü Kontroldür (MPC). Deneyler iki aşamada değerlendirilmiştir; çeşitli kontrol parametrelerine sahip bir LQR kontrolörü ve farklı pozisyon ve kutup açısı ağırlıklarına sahip model öngörülü kontrol. Sayısal uygulamalar, Matlab®/Simulink®'in model öngörücü kontrol araç kutusu ile yürütülür. MPC kontrolör performansının analizi ve modifikasyonu araba konumu ve kutup açısı olarak adlandırılan çıkış değişkenleri (OV) üzerinde incelenir. Kontrolör tekniklerinin avantajları ve dezavantajları, zaman alanı özellikleri açısından tartışılmıştır.

In this study, the inverted pendulum on a cart (IPC) system, which is an unstable under-actuated nonlinear system, is investigated with two optimal control techniques. The elaborated control techniques are Linear Quadratic Regulator (LQR) and Explicit Model Predictive Control (MPC). The experiments are evaluated in two phases; an LQR controller with various control parameters and an explicit MPC scheme with various position and pole angle weights. The numerical applications are performed by the model predictive control toolbox of Matlab®/Simulink®. The analysis and modification of MPC performance are inspected on Output Variables (OV) namely cart position and pole angle. The advantages and drawbacks of controller techniques are discussed in terms of time-domain specifications.