Modelado matemático, simulación y control de una mini motocicleta autónoma con rueda de reacción

Abstract

Se presenta el modelado, la simulación y el control de una mini motocicleta autónoma, estabilizada mediante rueda de reacción, que se utilizará para la enseñanza del diseño de sistemas de control. El modelo se construye a partir de un diseño CAD para posteriormente ser integrado en Simulink, junto con los módulos de control. Se realiza la modelización del sistema completo, incluyendo elementos mecánicos, sensores, actuadores, así como la dinámica de contacto de las ruedas con el suelo, consiguiéndose un comportamiento muy similar al de la motocicleta física. A partir del modelo matemático (ecuaciones diferenciales, funciones de transferencia y ecuación de estado), se diseñan un controlador PI para la velocidad, y varios controladores para la inclinación (PID, LQR y LQI). Los controladores han sido probados también en la motocicleta física.

In this paper, the modelling and subsequent control of an autonomous mini motorcycle, which will be used to teach about control systems, is presented. The model is initially built from a CAD design and then integrated into Simulink, together with the control modules. The modelling of the complete system, including the mechanical parts, sensors, actuators and wheels behaviour with the ground is carried out, to achieve the same behaviour as the physical motorcycle. From the mathematical model (differential equations, transfer functions and state equation), a PI controller is designed for speed, and several controllers for inclination (PID, LQR and LQI). The controllers have also been tested on the physical motorcycle.