Design, modeling and control of a reaction wheel balanced inverted pendulum

"This paper presents the mechatronics design, modeling, simulation, implementation and control of an inverted pendulum by applying controlled torques to a reaction wheel. We present a method for finding an optimal mechanical design of the pendulum and reaction wheel for a given electric motor and wheel diameter that maximizes the recovery angle. This paper also describes which parameters to look for during the electric motor selection as well as a method for simulating and comparing the performance of different motors. Finally the real system implementation is described and its performance is compared with simulation. The final design is 34 centimeters tall and can stabilize after being released from an angle of 26 degrees from the vertical. This work was carried out within an undergraduate course on Digital Control Systems at Instituto Tecnológico de Buenos Aires." "Este trabajo presenta el diseño mecatronico, modelado, simulación, implementación y control de un pèndulo invertido balanceado con una rueda de inercia. Se presenta un método para encontrar un diseño mecánico óptimo de la rueda de inercia para un dado motor eléctrico y diámetro de la rueda que maximiza la estabilidad contra disturbios externos. Este trabajo también describe qué parámetros son de importancia a la hora de seleccionar un motor y provee un método para comparar diferentes motores. La implementación del sistema real es descripta y finalmente se compara el desempeño del sistema real con el simulado. El diseño final mide 34 centimetros de alto y puede estabilizarse después de ser liberado de un ángulo de 26 grados con respecto a la vertical. Este trabajo fue realizado durante un curso de grado de Control Discreto en el Instituto Tecnológico de Buenos Aires."