BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo VÕ VĂN CHÂU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ - TRƯỢT – PD ỔN ĐỊNH VỊ TRÍ BI SẮT TRÊN THANH CÂN BẰNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 60 52 60 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VÕ CÔNG PHƯƠNG TP HCM 11- 2014 LUẬN VĂN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS VÕ CÔNG PHƯƠNG Cán chấm nhận xét : PGS.TS HUỲNH THÁI HOÀNG Cán chấm nhận xét : PGS.TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh ngày 29 tháng 11 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS ĐỒNG VĂN HƯỚNG PGS.TS HUỲNH THÁI HOÀNG PGS.TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA TS NGÔ MẠNH DŨNG TS VÕ NGUYÊN SƠN Chủ tịch Hội đồng; Ủy viên, phản biện; Ủy viên, phản biện; Ủy viên; Ủy viên, thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG PSG.TS ĐỒNG VĂN HƯỚNG TS VÕ CÔNG PHƯƠNG i LỜI CẢM ƠN Cảm ơn chân thành đến quý thầy cô môn Điều Khiển Tự Động nhiệt tình truyền đạt kiến thức tận tâm dẫn Đặc biệt thầy Võ Công Phương, người hướng dẫn trực tiếp cho truyền lại kinh nghiệm cách làm việc, phương pháp tiếp cận vấn đề mấu chốt vấn đề, góp phần quan trọng vào hoàn thành đề tài Cảm ơn nhiều đến bạn học khóa giúp hiểu rõ học vượt qua khó khăn suốt khóa học Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn quan tâm, hỗ trợ, tạo điều kiện động viên vật chất lẫn tinh thần thành viên gia đình suốt thời gian qua Tp.HCM, ngày 10 tháng 11 năm 2014 Người thực Võ Văn Châu ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài Thiết kế điều khiển mờ-trượt-PD ổn định vị trí bi sắt cân giảng viên Tiến sĩ Võ Công Phương hướng dẫn công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Võ Văn Châu iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Hệ thống “bi sắt cân bằng” hệ thống không ổn định, phi tuyến mức cao, sử dụng mô hình phổ biến cho ứng dụng kỹ thuật điều khiển tuyến tính phi tuyến Luận văn trình bày phương pháp điều khiển hệ thống “bi sắt cân bằng” ổn định vị trí, bám tín hiệu đặt, với điều khiển sau: - Bộ điều khiển trượt - Bộ điều khiển trượt kết hợp với điều khiển PD với thông số lựa chọn theo kinh nghiệm người thiết kế với mục đích nâng cao khả đáp ứng hệ thống - Bộ điều khiển trượt hàm Sign(s) thay điều khiển mờ theo qui tắc Sugeno với mục đích loại bỏ tượng dao động (chattering) sử dụng điều khiển trượt - Bộ điều khiển mờ-trượt-PD kết hợp điều khiển mờ-trượt điều khiển PD ổn định vị trí bi sắt, nhằm nâng cao khả đáp ứng loại bỏ tượng chattering sử dụng điều khiển trượt Luật điều khiển xây dựng DSP TMS320F28335 thông qua thư viện Target hỗ trợ C2000 cho phép người dùng phát mã C tạo Project liên kết với CCS 3.3 giúp cho việc lập trình trở nên linh hoạt Ưu điểm kích thước nhỏ gọn, sử dụng linh hoạt dễ dàng ứng dụng vào thực tế Trong trình điều khiển, cần thu thập liệu điều khiển để quan sát đáp ứng hệ thống, chất lượng điều khiển điều khiển hệ thống hoạt động, liệu hiển thị hình dựa vào chương trình điều khiển xây dựng riêng để điều khiển hệ thống iv Mục lục LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii Danh mục hình luận văn viii Danh mục bảng số liệu xiii Các ký hiệu luận văn xiv Danh mục chữ viết tắt xv Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Giới thiệu hệ “bi sắt cân bằng” 1.1.2 Nguyên lý hoạt động 1.2 Mục tiêu luận văn .2 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp thực 1.5 Các công trình nghiên cứu liên quan 1.5.1 Các công trình nước 1.5.2 Các công trình nước 1.5.2.1 Công ty Megachem .5 1.5.2.2 Trường đại học kỹ thuật Hong Kong 1.5.2.3 Trường đại học kỹ thuật Australia 1.6 Tầm quan trọng ý nghĩa thực tiễn .6 1.7 Nội dung luận văn Chƣơng ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 2.1 Mô hình hóa hệ “bi sắt cân bằng” 2.2 Tuyến tính hóa điểm làm việc 11 Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ GIẢI PHÁP 13 3.1 Lý thuyết ổn định Lyapunov 13 3.1.1 Phương pháp gián tiếp Lyapunov 13 v 3.1.2 Phương pháp trực tiếp Lyapunov 13 3.2 Phương pháp điều khiển trượt 14 3.3 Phương pháp điều khiển mờ 15 3.3.1 Định nghĩa tập mờ 16 3.3.2 Bộ điều khiển mờ 18 3.3.3 Biến ngôn ngữ 18 3.3.4 Các phép toán tập mờ .18 3.3.5 Luật hợp thành 19 3.3.5.1 Mệnh đề hợp thành 19 3.3.5.2 Luật hợp thành mờ 19 3.3.6 Giải mờ .20 3.3.6.1 Phương pháp cực đại 21 3.3.6.2 Phương pháp trọng tâm 21 3.3.7 Mô hình mờ Tagaki-Sugeno 22 3.4 Phương pháp điều khiển PID 23 3.4.1 Mối quan hệ hệ số .24 3.4.2 Phương pháp xác định 24 3.4.2.1 Phương pháp Ziegler-Nichols thứ .25 3.4.2.2 Phương pháp Ziegler-Nichols thứ hai 26 3.5 Thiết kế điều khiển 27 3.5.1 Xây dựng kiểm chứng mô hình phần mềm Matlab/Simulink 27 3.5.1.1 Xây dựng mô hình toán học 27 3.5.1.2 Kiểm chứng kết mô hình toán học hệ thống 28 3.5.2 Thiết kế điều khiển trượt cho hệ “bi sắt cân bằng” 31 3.5.3 Thiết kế điều khiển PD-trượt cho hệ “bi sắt cân bằng” 37 3.5.4 Thiết kế điều khiển mờ-trượt cho hệ “bi sắt cân bằng” .40 3.5.5 Thiết kế điều khiển mờ-trượt-PD cho hệ “bi sắt cân bằng” 44 3.5.5.1 Thiết kế điều khiển mờ-trượt-PD cho hệ “bi sắt cân bằng” với tác động nhiễu đo lường 47 vi 3.6 So sánh kết mô hệ thống 53 3.7 Kết luận 55 Chƣơng THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH BI SẮT TRÊN THANH CÂN BẰNG 56 4.1 Thiết kế phần cứng mô hình “bi sắt cân bằng” .56 4.1.1 Lựa chọn thiết bị cho mô hình “bi sắt cân bằng” 58 4.1.1.1 Lựa chọn động 58 4.1.1.2 Lựa chọn cảm biến góc quay cân 58 4.1.1.3 Lựa chọn cảm biến xác định vị trí bi sắt 60 4.1.1.4 Mạch cầu H 60 4.1.1.5 Kit DSP F28335 .61 4.1.1.6 Nguồn cung cấp 62 4.1.2 Thiết kế chương trình điều khiển thời gian thực cho hệ “bi sắt cân bằng” 62 4.1.2.1 Giới thiệu Matlab Simulink Code Composer Studio 62 4.1.2.2 Các khối sử dụng để thiết kế chương trình điều khiển thời gian thực .63 4.2 Xây dựng chương trình điều khiển thời gian thực hệ thống “bi sắt cân bằng” với điều khiển mờ-trượt-PD 65 4.2.1 Cấu trúc khối Beam and Ball system .66 4.2.2 Cấu trúc khối Motor .66 4.2.3 Cấu trúc khối Fuzzy Sliding Mode controller 67 4.2.4 Cấu trúc khối truyền nhận liệu SCI 68 4.3 Kết thực nghiệm 69 4.3.1 Ổn định vị trí 69 4.3.2 Ổn định vị trí 5cm 70 4.3.3 Ổn định vị trí bám theo tín hiệu đặt 71 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 73 5.1 Kết luận 73 5.1.1 Các kết đạt .73 vii 5.1.2 Điểm hạn chế 73 5.1.3 Hướng phát triển .73 Tài liệu tham khảo 75 viii Danh mục hình luận văn Hình 1.1: Hệ thống bi sắt cân trục lệch Hình 1.2: Hệ thống bi sắt cân trục Hình 1.3: Sản phẩm công ty Megachem Hình 1.4: Sản phẩm trường đại học kỹ thuật Hong Kong Hình 1.5: Sản phẩm trường đại học kỹ thuật Australia Hình 2.1: Mô hình hệ thống bi sắt cân Hình 2.2: Tín hiệu vào-ra hệ thống Hình 2.3: Sơ đồ thay động DC 10 Hình 3.1: Hàm liên thuộc  B (x) tập mờ B 16 Hình 3.2: Hàm liên thuộc có mức chuyển đổi tuyến tính 17 Hình 3.3: Minh họa miền xác định miền tin cậy tập mờ 18 Hình 3.4: Bộ điều khiển mờ 18 Hình 3.5: Giải mờ theo phương pháp cực đại 21 Hình 3.6: Giải mờ theo phương pháp trọng tâm 22 Hình 3.7: Sơ đồ khối hệ hở 25 Hình 3.8: Đáp ứng nấc hệ hở 25 Hình 3.9: Sơ đồ khối hệ kín có PID 25 Hình 3.10: Sơ đồ khối hệ kín có tỉ lệ P 26 Hình 3.11: Đáp ứng hệ kín 26 Hình 3.12: Hệ thống bi sắt cân 27 Hình 3.13: Cấu trúc bên khối Beam and Ball system 27 Hình 3.14: Sơ đồ mô hệ thống vòng hở 28 Hình 3.15: Đáp ứng vòng hở hệ thống với điều kiện đầu giả thiết 29 Hình 3.16: Đáp ứng vòng hở hệ thống với điều kiện đầu giả thiết 30 Hình 3.17: Sơ đồ mô hệ thống với điều khiển trượt 33 Hình 3.18: Cấu trúc khối Sliding mode controller 34 Hình 3.19: Cấu trúc mặt trượt S 34 62 Thông số kỹ thuật: - Hoạt động tần số 150Mhz (6.67ns chu kỳ máy - Hỗ trợ hoạt động tính toán số thực 32 bit FPU - Bộ nhớ: 256 x 16KB Flash, 34KB x 16 SARAM - 18 kênh PWM có kênh PWM có độ phân giải cao 150ps - Timer 32 bits - Hỗ trợ chuẩn giao tiếp: 2xCAN, 3xSCI(UART , 2xMcBSP, 1xSPI, 1xI2C - Hai giao tiếp ENCODER 32 bit 4.1.1.6 Nguồn cung cấp Nguồn 24V cung cấp cho mạch cầu H điều khiển cho động nối với cân thông qua truyền động Hình 4.9: Nguồn cấp 24V-5A Thông số kỹ thuật: - Điện áp vào 180V đến 230V, điện áp 24V-5A 4.1.2 Thiết kế chƣơng trình điều khiển thời gian thực cho hệ “bi sắt cân bằng” 4.1.2.1 Giới thiệu Matlab Simulink Code Composer Studio Thư viện Target hỗ trợ C2000 phần mềm Matlab/Simulink cho phép người dùng phát mã C tạo project liên kết với CCS 3.3 giúp cho việc lập trình trở nên đơn giản trực quan Trước hết người dùng lập trình giải thuật điều khiển phần mềm Matlab/Simulink, thư viện biên dịch giải thuật dạng 63 khối thành mã code C nhúng vào CCS 3.3 sau CCS biên dịch mã C thành mã máy để nhúng vào TMS320F28335 Quá trình diễn hoàn toàn tự động Hình 4.10: Quan hệ MATLAB, CCS DSP (TMS320F28335) Matlab sử dụng phiên 2012b Chương trình viết hoàn toàn Matlab/Simulink Sau tiến hành tạo Project tương ứng CCS thông qua thao tác Build all chương trình Simulink Khi Project tạo thành công CCS, ta tiếp tục Build project CCS để tạo file out tương ứng nạp vào chip TMS320F28335 4.1.2.2 Các khối đƣợc sử dụng để thiết kế chƣơng trình điều khiển thời gian thực  Khối eQEP QEP chữ viết tắt từ Quadrature Encoder Pulse Khối QEP có đầu vào xung A B encoder Từ tín hiệu nhận được, ta suy tốc độ chiều quay cân Hình 4.11: Khối eQEP 64  Khối ADC Khối có chức đọc giá trị Analog điện áp từ cảm biến quấn dây điện trở xác định vị trí bi sắt Từ giá trị điện áp ta suy vị trí vận tốc bi sắt Hình 4.12: Khối ADC  Khối Digital Output Khối Digital Output sử dụng để làm tín hiệu đảo chiều động cấp vào chân DIR mạch cầu H Hình 4.13: Khối Digital Output  Khối SCI Transmit Khối sử dụng với mục đích truyền thông số vị trí, vận tốc giá trị điện áp qua cổng nối tiếp lên máy tính để thu thập liệu Hình 4.14: Khối SCI Transmit  Khối SCI Receive Khối dùng truyền liệu từ máy tính qua DSP thông qua khối UART điều khiển vị trí bi sắt Hình 15 : Khối SCI receive 65  Khối PWM Khối PWM sử dụng để điều chế rộng xung điều khiển tốc độ nhanh chậm động Hình 4.16: Khối PWM 4.2 Xây dựng chƣơng trình điều khiển thời gian thực hệ thống “bi sắt cân bằng” với điều khiển mờ-trƣợt-PD Hình 4.17: Sơ đồ điều khiển thời gian thực với thời gian lấy mẫu 0.01s 66 4.2.1 Cấu trúc khối Beam and Ball system Hình 4.18: Khối xử lý tín hiệu vị trí bi sắt góc lệch cân Khối Matlab Function tính toán vị trí bi sắt từ tín hiệu Analog thu thập khối ADC góc lệch cân từ số xung thu thập eQEP Để nội suy từ vị trí góc quay vận tốc ta dùng công thức:  Vận tốc dài bi=[vị trí sau – vị trí trước] thời gian lấy mẫu  Vận tốc góc =[góc quay sau – góc quay trước] thời gian lấy mẫu Khối Unit Delay dùng để lấy giá trị khứ Cảm biến xác định vị trí bi sắt cảm biến quấn dây điện trở, cảm biến gây nhiễu lớn, nên tác giả sử dụng thêm khối Gaussian Filter để hạn chế nhiễu 4.2.2 Cấu trúc khối Motor Hình 4.19: Khối điều khiển động 67 Khối điều khiển động có chức đổi giá trị điều khiển từ điều khiển thành giá trị đặt cho module PWM để điều khiển tốc độ xác định chiều quay động 4.2.3 Cấu trúc khối Fuzzy Sliding Mode controller Khối bão hòa Saturation giới hạn điện áp vào động khoảng từ -20V đến +20V Hình 4.20: Cấu trúc khối điều khiển 68 4.2.4 Cấu trúc khối truyền nhận liệu SCI  Khối truyền liệu Khối SCI có tác dụng lấy giá trị vị trí bi r, vận tốc bi rdot, góc quay teta, vận tốc quay tetadot, tín hiệu đặt tín hiệu điều khiển u máy tính để hiển thị Hình 4.21: Cấu trúc khối truyền liệu SCI  Khối nhận liệu Khối dùng để nhận giá trị tín hiệu đặt từ máy tính thông qua giao tiếp UART Hình 4.22: Khối nhận liệu nối tiếp 69 Giao diện hiển thị điều khiển Hình 4.23: Giao diện hiển thị 4.3 Kết thực nghiệm 4.3.1 Ổn định vị trí Hình 4.24: Đáp ứng vị trí hệ thống điểm 70 Hình 4.25: Đáp ứng góc quay hệ thống điểm Hình 4.26: Tín hiệu điều khiển u hệ thống điểm 4.3.2 Ổn định vị trí 5cm Hình 4.27: Đáp ứng vị trí hệ thống điểm +5 71 Hình 4.28: Đáp ứng góc quay hệ thống điểm +5 Hình 4.29: Tín hiệu điều khiển u hệ thống điểm +5 4.3.3 Ổn định vị trí bám theo tín hiệu đặt Hình 4.30: Đáp ứng vị trí bám theo tín hiệu đặt 72 Hình 4.31: Đáp ứng góc quay bám theo tín hiệu đặt Hình 4.32: Tín hiệu điều khiển u Nhận xét : Với điều khiển mờ-trượt-PD, hệ thống “bi sắt cân bằng” đáp ứng tốt điều khiển vị trí điều khiển bám tín hiệu cho trước, nhiên nhiễu nên hệ thống độ dao động Từ hình 3.56, hình 3.65 hình 4.30 cho thấy tín hiệu mô tín hiệu thực tế nhiều sai lệch, chứng tỏ từ lý thuyết mô đến thực tế trình đắn 73 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 5.1 Kết luận 5.1.1 Các kết đạt đƣợc Nghiên cứu chi tiết hệ “bi sắt cân bằng” Nghiên cứu thực hành chip DSP TMS320F28335 Nghiên cứu điều khiển trượt, PD-trượt, mờ-trượt, mờ-trượt-PD áp dụng hệ “bi sắt cân bằng” với phần mềm mô Matlab/Simulink Thiết kế, thi công hoàn toàn hệ “bi sắt cân bằng”, áp dụng phương pháp điều khiển mờ-trượt-PD mô hình thực Xây dựng giao diện người dùng để kiểm tra đáp ứng hệ thống thực 5.1.2 Điểm hạn chế Phần khí hệ thống chưa xác hoàn toàn nên gây khó khăn trình điều khiển Cảm biến vị trí thực dây quấn điện trở nên chưa tuyến tính vài vị trí dẫn đến tín hiệu ADC đưa DSP chưa xác, nên có sai số vị trí trình điều khiển Và với loại cảm biến bi dùng phải kim loại dẫn điện Tín hiệu vận tốc bi sắt vận tốc góc cân không đo trực tiếp mà phải nội suy từ vị trí bi sắt góc lệch cân bằng, có sai số làm hệ thống tính ổn định 5.1.3 Hƣớng phát triển Về phần cứng: Cảm biến xác định vị trí bi thay thiết bị khác cảm biến siêu âm, xác định vị trí bi dùng kỹ thuật xử lý ảnh thông qua camera 74 Về phần mềm: Cần thiết kế thêm quan sát ước lượng trạng thái vận tốc bi sắt vận tốc góc cân thay nội suy từ vị trí bi sắt góc lệch cân Các thông số lựa chọn theo kinh nghiệm nên có giá trị khác làm cho hệ thống ổn định Phương pháp: Ứng dụng phương pháp khác thích nghi, chiếu, điều khiển mờ dùng giải thuật di truyền chỉnh định thông số, ….để điều khiển hệ thống Chi phí: Giá thành DSP cao nên dùng xử lý khác rẻ để giảm chi phí mô hình 75 Tài liệu tham khảo Tài liệu nƣớc [1] Nguyễn Hoàng Dũng, Điều khiển trượt dựa hàm trượt kiểu PID, Tạp chí Khoa học 2012:21a 30-36, Trường Đại Học Cần Thơ [2] Nguyễn Thị Phương Hà, Lý thuyết điều khiển đại, Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2010 [3] Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng (2003), Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [4] Huỳnh Thái Hoàng, Lý thuyết điều khiển nâng cao, Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2006 [5] Nguyễn Đức Minh, Điều khiển trượt thích nghi hệ thống động phi tuyến, Luận án tiến sỹ, Trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh [6] Dương Hoài Nghĩa, Điều khiển hệ thống đa biến, Nhà xuất Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2007 [7] Đặng Hữu Phúc, Thiết kế, thi công điều khiển hệ mờ nêm ngược, Tạp chí Khoa học số 5, tháng 2012, Trường Đại Học Trà Vinh [8] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (1997), Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [9] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung (2006), Lý thuyết điều khiển phi tuyến, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật [10] Võ Công Phương, Nguyễn Trần Hồng Trí, Võ Văn Châu, Thiết kế điều khiển trượt thích nghi phân ly dùng mạng nơron giữ ổn định vị trí “bi sắt cân bằng”, Tạp chí Khoa học công nghệ trường ĐH GTVT TP HCM số 05/2014, tr.7 - 12 76 Tài liệu nƣớc [11] Fang-Ming Yu, Chen-Ning Huang, Hung-Yuan Chung, Quasi fuzzy sliding mode control with application to seesaw systems, Department of Electrical engineering, National Central University [12] Herman Wahid & Mohd Fua’adrahmat, a study of different controller strategies for ball and beam system, Universiti Teknologi Malaysia [13] Marta Virseda, Modeling and Control of the Ball and Beam Process, Univ de Valladolid in Spain [14] Mohammad Keshmiri, Ali Fellah Jahromi, Abolfazl Mohebbi, Mohammad Hadi Amoozgar and Wen-Fang Xie, Modeling and control of ball and beam system using based and non-model based control approaches, Concordia University, Canada [15] Siripun Thongchai, Panarit Sethakul, Fuzzy sliding mode controller design, The Journal of KMITNB., vol.14, No.1, Jan.-Mar 2004 [16] Stjepan Bogdan, Zdenko Kovacic, Mario Puncec, A cascade fuzzy controller design based on fuzzy Lyapunov stability, University of Zagred, Croatia [17] Wen Yu, Nonlinear PD regulation for ball and beam system, Departamento de control Automatico, Cinvestav-IPN, Mexico D.F., Mexico Tài liệu website [18] http://www.tecquipment.com/Control/Control-Engineering/CE106.aspx [19] http://www.googoltech.com.cn/web/eng/news.jsp [20] http://coecsl.ece.uiuc.edu/ge423/spring03/Group8/index.html [...]... định vị trí trên thanh cân bằng - Thiết kế bộ điều khiển mờ- trượt điều khiển bi sắt ổn định vị trí trên thanh cân bằng - Thiết kế bộ điều khiển mờ- trượt- PD điều khiển bi sắt ổn định vị trí trên thanh cân bằng - Mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink các bộ điều khiển trượt, bộ điều khiển PD -trượt, bộ điều khiển mờ- trượt và bộ điều khiển mờ- trượt- PD - Thực nghiệm bộ điều khiển mờ- trượt- PD trên mô hình thực... điều khiển trượt, đồng 3 thời nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống với bộ điều khiển PD -trượt, mờ- trượt, mờ- trượt- PD Ứng dụng bộ điều khiển mờ- trượt- PD vào mô hình thực tế Các công việc thực hiện: - Mô hình hóa hệ thống bi sắt trên thanh cân bằng - Thiết kế bộ điều khiển trượt điều khiển bi sắt ổn định vị trí trên thanh cân bằng - Thiết kế bộ điều khiển PD -trượt điều khiển bi sắt ổn định vị trí trên. .. thuyết ổn định Lyapunov, phương pháp điều khiển trượt, phương pháp điều khiển mờ, phương pháp điều khiển PID, thiết kế các bộ điều khiển trượt, PD -trượt, mờ- trượt, mờ- trượt- PD với hệ bi sắt trên thanh cân bằng , kết quả mô phỏng của các phương pháp điều khiển trên, bằng phần mềm Matlab/Simulink Chương 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH BI SẮT TRÊN THANH CÂN BẰNG” Thiết kế và thi công hệ bi sắt trên thanh. .. đưa ra phương pháp điều khiển mờ- trượt- PD để ổn định vị trí bi sắt trên thanh cân bằng Với mục đích loại bỏ hiện tượng dao động (charttering) khi sử dụng bộ điều khiển trượt, đồng thời nâng cao khả năng đáp ứng của hệ thống, bộ điều khiển m trượt- PD đã thỏa mãn các yêu cầu đề ra Đó là lý do tác giả chọn đề tài: Thiết kế bộ điều khiển mờ- trượt- PD ổn định vị trí bi sắt trên thanh cân bằng 1.1.2 Nguyên... điều khiển Nguyên lý chung: Bi sắt di chuyển trên thanh nhờ tác dụng của trọng lực khi thanh bị nghiêng so với mặt phẳng ngang Vị trí bi được xác định nhờ cảm bi n, bộ điều khiển nhận được sai lệch giữa vị trí bi trên thanh và vị trí bi mong muốn, từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ thay đổi góc nghiêng của thanh đưa bi về vị trí mong muốn 1.2 Mục tiêu luận văn Giữ ổn định vị trí bi sắt trên thanh. .. bi sắt trên thanh cân bằng là hệ thống phức tạp có tính phi tuyến cao và không ổn định Các vấn đề điều khiển liên quan đến hệ thống này bao gồm thiết kế bộ điều khiển giữ cân bằng vị trí bi sắt tại một điểm xác định, và điều khiển bi sắt bám theo tín hiệu đặt trước Từ đề tài bi sắt trên thanh cân bằng có thể phát triển lên để nghiên cứu về các vấn đề như: điều khiển cẩu trục (hình 1.6a), điều khiển. .. 44 x Hình 3.43: Sơ đồ mô phỏng hệ với bộ điều khiển mờ- trượt- PD 44 Hình 3.44: Đáp ứng vị trí của bộ điều khiển mờ- trượt- PD (tín hiệu 45 Hình 3.45: Đáp ứng góc quay của bộ điều khiển mờ- trượt- PD (tín hiệu 45 Hình 3.46: Tín hiệu điều khiển u của bộ điều khiển mờ- trượt- PD (tín hiệu 46 Hình 3.47: Đáp ứng vị trí của bộ điều khiển mờ- trượt- PD (tín hiệu đặt dạng xung) ... ứng vị trí của bộ điều khiển trượt (tín hiệu Hình 3.21: Đáp ứng góc quay của bộ điều khiển trượt (tín hiệu Hình 3.22: Tín hiệu điều khiển u của bộ điều khiển trượt (tín hiệu 35 35 35 Hình 3.23: Đáp ứng vị trí của bộ điều khiển trượt (tín hiệu đặt dạng xung) 36 Hình 3.24: Đáp ứng góc quay của bộ điều khiển trượt (tín hiệu đặt dạng xung) 36 Hình 3.25: Tín hiệu điều khiển u của bộ điều khiển trượt. .. PD -trượt, mờ- trượt, mờ- trượt- PD sau khi xem xét tổng quan các phương pháp có thể dùng để điều khiển hệ bi sắt trên thanh cân bằng Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các phương pháp điều khiển đã chọn Mô phỏng các phương pháp điều khiển trượt, PD -trượt, mờ- trượt, mờ- trượtPD trên máy tính bằng chương trình phần mềm Matlab/Simulink với các thông số mượn của bài báo 4 Kết quả mô phỏng khả thi thì tiếp tục thiết kế. .. Đáp ứng góc quay của bộ điều khiển mờ- trượt (tín hiệu 42 43 Hình 3.39: Tín hiệu điều khiển u của bộ điều khiển mờ- trượt (tín hiệu 43 Hình 3.40: Đáp ứng vị trí của bộ điều khiển mờ- trượt (tín hiệu đặt dạng xung) 43 Hình 3.41: Đáp ứng góc quay của bộ điều khiển mờ- trượt (tín hiệu đặt dạng xung) 43 Hình 3.42: Tín hiệu điều khiển u của bộ điều khiển mờ- trượt (tín hiệu đặt dạng ... Thiết kế điều khiển trượt điều khiển bi sắt ổn định vị trí cân - Thiết kế điều khiển PD -trượt điều khiển bi sắt ổn định vị trí cân - Thiết kế điều khiển mờ- trượt điều khiển bi sắt ổn định vị trí cân. .. cân - Thiết kế điều khiển mờ- trượt- PD điều khiển bi sắt ổn định vị trí cân - Mô phần mềm Matlab/Simulink điều khiển trượt, điều khiển PD -trượt, điều khiển mờ- trượt điều khiển mờ- trượt- PD - Thực... 3.5.2 Thiết kế điều khiển trượt cho hệ bi sắt cân bằng 31 3.5.3 Thiết kế điều khiển PD -trượt cho hệ bi sắt cân bằng 37 3.5.4 Thiết kế điều khiển mờ- trượt cho hệ bi sắt cân bằng .40 3.5.5 Thiết