Identification and control of a LEGO EV3 self-balancing robot : an educational tool in automatic control classes

This thesis deals with the modelling and design of a controller for an inverted pendulum, equipped with wheels and made with LEGO MINDSTORMS EV3. The main idea of thesis is to create an experimental setup and a realistic simulator for teaching in the basic courses of Automatic Controls. After identifying the model of the actuators and the overall system, a simulator was created in Simulink SimMechanics and, based on the model obtained, an LQR controller was implemented. The system was then physically implemented, and the designed controller was experimentally implemented and validated. The tests carried out showed a certain accuracy of the model obtained and satisfactory results both regarding the balance of the system and the pursuit of a trajectory.

Questa tesi affronta la modellizzazione e progettazione di un controllore per un pendolo inverso, dotato di ruote e realizzato con LEGO MINDSTORMS EV3. L'idea principale della tesi è quella di realizzare un setup sperimentatale e un simulatore realistico per la didattica nei corsi basi di Controlli Automatici. Dopo aver identificato il modello degli attuatori e del sistema complessivo, è stato realizzato un simulatore in Simulink SimMechanics e, sulla base del modello ottenuto, è stato implementato un controllore LQR. Il sistema è stato poi realizzato fisicamente, e il controllore progettato è stato implementato e validato sperimentalmente. I test effettuati hanno mostrato una certa accuratezza del modello ottenuto e risultati soddisfacenti sia relativi al bilanciamento del sistema, sia all'inseguimento di una traiettoria.