A Study Of Different Controller Strategies For A Ball And Beam System

Abstract

Artikel ini membincangkan beberapa pendekatan untuk sistem kawalan yang terdiri daripada pengawal konvensional, pengawal moden dan pengawal pintar, dan akan menguji kecekapan setiap pengawal pada sistem bola dan pengimbang. Sistem bola dan pengimbang adalah satu contoh sistem tak linear serta tidak stabil. Ia terdiri daripada kayu pengimbang yang bebas berputar pada paksi, dengan sebiji bola bergerak di sepanjang batang pengimbang. Objektif sistem kawalan ialah untuk meletakkan bola pada kedudukan tertentu di atas batang pengimbang dengan mengawal voltan motor sebagai input kepada sistem. Artikel ini mengkaji pengawal P dan pengawal PD sebagai kawalan konvensional, perletakan kutub sebagai kawalan moden, dan logik kabur sebagai kawalan pintar. Permodelan matematik untuk sistem bola dan pengimbang dihuraikan yang melibatkan proses penglinearan model agar dapat digunakan dengan pengawal linear. Kemudian, semua pengawal tadi direka bentuk dan disimulasikan dengan menggunakan program MATLAB. Kecekapan setiap pengawal dianalisis berdasarkan beberapa ciri sambutan langkah. Pengantaramuka Pengguna Bergrafik (GUI) yang sesuai telah dibangunkan bagi memberi gambaran animasi untuk sistem bola dan pengimbang. Kata kunci: Sistem bola dan pengimbang; permodelan; pengawal PD; perletakan kutub; logik kabur This paper presents several control approaches that consist of a conventional controller, modern controller and intelligent controller and the performance of those controllers that were employed in a ball and beam system. The ball and beam system is one of the examples of a nonlinear and unstable control system. It consists of rigid beam which is free to rotate in the vertical plane at the pivot, with a solid ball rolling along the beam. The control problem is to position the ball at a desired point on the beam by controlling the motor voltage as the input of the system. Scope of investigation is on proportional (P) and proportional–derivative (PD) as the conventional controller, pole placement for the modern controller, and fuzzy logic for the intelligent controller. The mathematical modeling is linearised in order to be used with the linear control and followed by designing the entire system and simulation in MATLAB. Each controller performance is analyzed and compared using the step response. An appropriate graphic user interface (GUI) has been developed to view the animation of the ball and beam system. Key words: Ball and beam; modeling; PD controller; pole placement; fuzzy logic