Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Self-stabilizing platform: How to compensate for imbalance with feedback from an IMU
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2015 (English)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Självbalanserande plattform : Hur obalans kan kompenseras för med återkoppling från en IMU (Swedish)
Abstract [en]

To be able to measure and compensate for imbalance is essential for stabilizing mechanisms. The technique is applied in everything from self-stabilizing cameras to helicopters and noise reducing equipment. This report describes the development of a self-stabilizing platform, and includes theory about sensors, filters and motor modelling, and also practical tests. The purpose is to answer how the system will behave when a load is placed asymmetrically on the platform and if it is possible to compensate for the imbalance that occurs. The tilt of the platform is measured by an IMU, a sensor combining accelerometers and gyroscopes. A Kalman filter is used to combine the data. From this a signal, with noise levels within the requirements, was obtained. A theoretical model was set up for the system. The system was modelled based on a loadof 125g placed in the center of the platform. Two DC-motors compensate for the tilt around each axis. The motors are seen as separate sub systems and are controlled independently. The system is controlled by two PID-controllers which were designed based on the requirements that were set up regarding speed and stability. A short rise time and a small overshoot were essential to be able to minimize the torque on the motor shafts. The same requirements were set for each sub system. The chosen PID-parameters acquired a system which at a step input of 11.4° had a rise time of 0.75s, a settling time of 1.35s and an overshoot of 0.8%. The demonstrator that was constructed was put through a number of tests to answer the research questions. By placing the load at different distances from the center, the theoretical model was examined from its sensitivity to deviations. The test showed that a farther distance between the load and the center corresponded to a greater angular fluctuation and a longer settling time.

Abstract [sv]

Att kunna mäta och kompensera för obalans är en viktig grundsten för stabiliserande mekanismer. Det tillämpas i allt från självstabiliserande kameror till helikoptrar och brusreducerande utrustningar. Denna rapport beskriver utvecklingen av en självstabiliserande plattform och behandlar teori kring sensorer, filter och motormodellering samt praktiska tester. Detta för att ge svar på hur systemet kommer att bete sig när en last placeras assymmetriskt på plattformen och om det är möjligt att kompensera för den obalans som då uppstår. För att mäta lutningen hos plattformen användes en IMU, en sensor som kombinerar accelerometrar och gyroskop, och ett Kalmanfilter för att slå ihop data från dessa. Ur detta erhölls en signal med brusnivåer inom de krav som satts upp. En teoretisk modell över systemet gjordes. Systemet modellerades utifrån att en last på 125 gram placerats i mitten av plattformen. Två DC-motorer kompenserade för lutningen kring varsin axel. Motorerna sågs som två separata delsystem och kontrollerades oberoende av varandra. Systemet reglerades med två PID-kontroller som designades utifrån de krav som sattes upp med avseende på snabbhet och stabilitet. En kort stigtid med en snäv översläng var viktigt för att minimera vridmomentet på motoraxlarna. Samma krav sattes på bägge delsystemen. De valda PID-parametrarna gav ett system som vid ett steg på 11.4° fick en stigtid på 0.75s, en insvängningstid på 1.35s och en översläng på 0.8%. Demonstratorn som byggdes utsattes för ett antal tester för att besvara projektets frågeställningar. Genom att placera lasten på olika avstånd från plattformens centrum undersöktes den teoretiska modellens känslighet för avvikelser. Testet visade att ju längre från centrum som lasten placerades, desto större vinkelutslag, samt längre insvängningstid, erhölls.

Place, publisher, year, edition, pages
2015.
Series
MMKB 2015:16 MDAB 069
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-184502OAI: oai:DiVA.org:kth-184502DiVA: diva2:916229
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-04-08 Created: 2016-04-01 Last updated: 2016-04-08Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1340 kB)1156 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1340 kBChecksum SHA-512
6861a3cad8fbffb9eeaca6a7d9cbe977cfc1423a245b24570c718b8d6b558937a47f48ac2ec51e714a3c08ff048edbb06c5cd1c103a83e3e5c58af06a85e0698
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 1156 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 975 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf