Studio di un banco prova per il controllo di un pendolo inverso attuato elettricamente e controllato da PLC = Study of a test bench for the control of an inverse pendulum electrically actuated and controlled by PLC

Il presente elaborato di tesi, sviluppato presso il laboratorio di Meccanica del Politecnico di Torino, ha come obiettivo primario la progettazione ed il controllo di un pendolo inverso su carrello. Il controllo è implementato attraverso una configurazione di PID in cascata, gestiti da un PLC SIEMENS s7-1500. Il sistema sfrutta un’attuazione elettrica, tramite un servomotore brushless che riceve i segnali di controllo dal drive SIMATICS S210. Dopo una breve rassegna della letteratura scientifica, in cui è esposto lo stato dell’arte sull’argomento, viene riportato il progetto del banco di prova, realizzato tramite il software SOLIDWORKS. Sono, inoltre, descritti tutti i componenti effettivamente utilizzati nello stesso. Questa sezione si conclude con la descrizione delle fasi realizzative del banco. Successivamente, vengono descritti dettagliatamente gli oggetti tecnologici adoperati per la movimentazione dell’asse carrello. Viene, inoltre, analizzato step by step il loro settaggio in ambiente TIA PORTAL, in riferimento al PLC usato. Nelle due sezioni successive viene analizzata la modellizzazione del sistema meccanico pendolo carrello e del motore elettrico. Sono presentati i progetti dei controllori PID, nella configurazione in cascata ed in parallelo, applicati sia al modello linearizzato che a quello non lineare ed il controllo tramite Model Predictive Control. Per ognuno di essi sono riportate le simulazioni, sviluppate in ambiente Matlab-Simulink. Il cuore della tesi si concentra nella parte finale, dove viene descritta la fase sperimentale che ha portato alla stabilizzazione del sistema reale. Sono presentati i risultati ottenuti, imponendo come setpoint dapprima un segnale a gradino, poi un segnale onda quadra ed infine un segnale sinusoidale. Alcuni di questi test sono stati condotti variando massa concentrata del pendolo e lunghezza dell’asta.