Modelling and Controlling the Kinetic and Dynamic of a Bicycle

Abstract

En este trabajo, se presenta el modelado y control posterior de una mini-bicicleta autónoma, que se utilizará para la enseñanza de sistemas de control. El modelo mecánico se construye inicialmente a partir de un diseño CAD y posteriormente se integra en Simulink, conjuntamente con los módulos de control. Se lleva a cabo el modelado del sistema completo, incluyendo las partes mecánicas, sensores, actuadores y la fricción de las ruedas con el suelo, consiguiéndose el mismo comportamiento que con la bicicleta física. A partir de las ecuaciones matemáticas que definen el comportamiento del sistema se diseña un controlador PID y un controlador LQG en el espacio de estados. Para verificar el modelo, los controladores diseñados se prueban también con los mismos parámetros en la mini-bicicleta física, obteniéndose un resultado idéntico.

In this work, the modeling and subsequent control of an autonomous mini-bicycle is presented, which will be used for the teaching of control systems. The mechanical model is initially built from a CAD design and then integrated into Simulink, together with the control modules. The modeling of the complete system is carried out, including the mechanical parts, sensors, actuators and the friction of the wheels with the ground, achieving the same behavior as with the physical bicycle. From the mathematical equations that define the behavior of the system, a PID controller and an LQG controller are designed in the state space. To verify the model, the designed controllers are also tested with the same parameters in the physical mini-bicycle, obtaining an identical result.