Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển PID mờ thích nghi

Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> <br /> ĐIỀU KHIỂN BÁM HỆ QUANG ĐIỆN TỬ TRONG MÔI TRƯỜNG<br /> RUNG LẮC SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ THÍCH NGHI<br /> Ngô Mạnh Tiến1*, Lưu Văn Định1, Nguyễn Như Chiến2, Đỗ Hoàng Việt2, <br />  Hà Thị Kim Duyên 3, Phạm Thị Thanh Huyền3 <br /> Tóm tắt: Bài báo này nghiên cứu điều khiển hệ quang điện tử bám mục tiêu<br /> EOTS (Electro-optical tracking system) khi hoạt động trong môi trường rung lắc,<br /> không ổn định như khi hệ EOTS lắp trên tàu thuyền, máy bay, xe chuyên dụng, xe<br /> tăng..vv dẫn đến chuyển động quay của bệ đỡ hệ. Đồng thời bài báo cũng đề cập<br /> đến sự ảnh hưởng của momen lực quán tính ly tâm tác động gây ra bởi sự mất cân<br /> bằng tĩnh của hệ. Bộ điều khiển được sử dụng là giải thuật PID thích nghi dựa trên<br /> giải thuật mờ. Các kết quả mô phỏng sẽ được tiến hành trên phần mềm Matlab và<br /> được so sánh với bộ điều khiển PID thông thường.<br /> Từ khóa: Hệ quang điện tử; Electro-optical tracking system; Gimbal; PID; Fuzzy-PID; Tracking. <br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Hệ quang điện tử bám mục tiêu EOTS được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị khí <br /> tài  quân  sự  như  hệ  thống  giám  sát,  bám  bắt  và  tiêu  diệt  mục  tiêu  đặt  cố  định,  hệ  thống <br /> giám sát, bám bắt và tiêu diệt mục tiêu  trên tàu, máy bay, xe tăng. Việc được ứng dụng <br /> rộng  rãi  đặc  biệt  trong  lĩnh  vực  quân  sự  đòi  hỏi  đường  ngắm  LOS  (Line  Of  Sight)  phải <br /> bám mục tiêu nhanh và chính xác ngay cả khi bệ đặt thiết bị quang điện tử được đặt trong <br /> môi trường rung lắc mạnh như trên máy bay hay tàu, xe tăng [1].    <br /> Việc điều khiển bám cho hệ EOTS ổn định LOS khi bị các nhiễu trong quá trình hoạt <br /> động  là  rất  quan  trọng  trong  quá  trình  tích  hợp  hệ  thống.  Các  nhiễu  có  thể  ảnh  hưởng <br /> đến quá trình hoạt động của bệ gimbal có thể kể đến như chuyển động quay của bệ đặt <br /> (hệ  được  đặt  trên  các  xe  tăng  hay  máy  bay)  dẫn  đến  sự  xuất  hiện  của  các  momen  lực <br /> không mong muốn, sự mất cân bằng động (dynamic unbalance), momen lực quán tính ly <br /> tâm  gây  ra  bởi  sự  mất  cân  cân  bằng  tĩnh  (static mass unblance)  của  kênh  nghiêng  và <br /> kênh xoay [2,3].  <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển việc bám mục tiêu của hệ quang điện tử.<br /> Xây dựng hệ thống điều khiển cho hệ quang điện tử bao gồm việc xây dựng vòng điều <br /> khiển ổn định vận tốc (vòng trong) và vòng điều khiển bám vị trí (vòng ngoài). Việc điều <br /> khiển bám mục tiêu trong hệ quang điện tử cũng đã được đưa ra trong một số công trình <br /> nghiên cứu trên thế giới. Nghiên cứu [2,3] sử dụng bộ điều khiển PID. [4] có áp dụng giải <br /> thuật trượt, các phương pháp điều khiển hiện đại như điều khiển mờ [5], điều khiển bền <br /> vững [6] cũng được áp dụng. <br /> Tuy nhiên các công trình trên mới chỉ chú trọng giải quyết vấn đề ổn định tốc độ cho hệ <br /> thống bám. Trong khi đó việc xây dựng hệ thống bám vị trí (vòng ngoài) lại không được <br /> đề cập. Bài báo [7,8] có đề xuất phương án sử dụng một bộ điều khiển PID tự chỉnh định <br /> bằng giải thuật mờ cho vòng điều khiển vị trí bám mục tiêu bên ngoài. Tuy vậy trong bài <br /> nghiên cứu này lại bỏ qua sự ảnh hưởng nhiễu do chuyển động quay của bệ đặt, tức không <br />  <br /> <br /> 158     N. M. Tiến, L. V. Định, …, “Điều khiển bám hệ quang điện tử… PID mờ thích nghi.”           <br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> xét đến sự ảnh hưởng của hệ trong môi trường có rung lắc. Trong bài báo này sẽ trình bày <br /> hệ thống điều khiển cho hệ quang điện tử sử dụng giải thuật PID tự chỉnh dựa trên mờ khi <br /> có xét đến những ảnh hưởng do bệ đặt của hệ quay khi hoạt động trong các môi trường <br /> rung lắc và sự mất cân bằng tĩnh của hệ gimbal.  <br /> Bài  báo  gồm  6  phần:  Sau  phần  tổng  quan  nghiên  cứu,  trong  phần  2  sẽ  xây  dựng  các <br /> phương  trình chuyển  động của 2  kênh  nghiêng và kênh  xoay, sự ảnh hưởng  của chuyển <br /> đông quay của 1 trục lên trục còn lại và ảnh hưởng của sự mất cân tĩnh của hệ gimbal đến <br /> quá trình chuyển động quay của hệ cũng được đề cập đến trong phần này; phần 3 trình bày <br /> vòng ổn định tốc độ bên trong; bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên giải thuật mờ dành <br /> cho vòng bám vị trí sẽ được trình bày ở phần 4; phần 5 tiến hành mô phỏng kiểm chứng; <br /> cuối cùng những kết luận đáng chú ý sẽ được tổng kết lại trong phần 6. <br /> 2. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ GIMBAL<br /> <br /> <br /> <br /> <br />  <br /> Hình 2. Hệ gimbal 2 trục. <br />       Trong bài báo này ta xét hệ gimbal 2 trục như trong hình 2. Hệ này được gắn với 3 <br /> hệ quy chiếu. Hệ tọa độ P (i,j,k) được gán cho bệ đỡ là hệ quy chiếu gốc, hệ quy chiếu B <br /> (n,e,k) được gán cho kênh xoay (yaw), hệ quy chiếu A (r,e,d) được gán cho kênh nghiêng <br /> (pitch).  Trục r sẽ trùng với đường ngắm LOS của hệ. Trục k hướng xuống dưới.  Các ma <br /> trận chuyển đổi hệ quy chiếu được rút ra: <br />  cos  sin  0  cos 0  sin  <br /> B<br /> PT    sin  cos  0  ; BT   0<br />   A<br /> 1 0  (1)<br />           0 0 1   sin  0 cos <br />  , lần lượt là góc quay của kênh xoay quanh  trục k và góc xoay của kênh nghiêng <br /> quanh trục e.  BPT , ABT  lần lượt là ma trận chuyển hệ tọa độ từ P sang B và từ B sang A. <br /> Vectơ vận tốc góc quán tính của các hệ quy chiếu lần lượt là: <br />  Pi  Bn   Ar <br />   Pj  ; B/ I  Be  ; A/ I   Ae <br />    <br /> P B A<br /> P / I (2)<br />             Pk  Bk   Ad <br />  <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017                              <br /> 159<br />  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br />  pi ,  pj ,  pk lần lượt là vận tốc góc của bệ đỡ trong hệ quy chiếu P theo các trục I, j, k. <br />  Bn ,  Be ,  Bk lần lượt là vận tốc góc của kênh xoay theo các trục n,e,k.   Ar ,  Ae ,  Ad là vận <br /> tóc góc của kênh nghiêng theo lần lượt các trục r, e, d. <br />    Ma trận momen quán tính của 2 kênh nghiêng và xoay lần lượt là: <br />  Ar Are Ard   Bn Bne Bnk <br /> A<br /> J   Are Ae Ade  ; J   Bne<br />  B<br /> Be Bke  (3)<br />  Ard Ade Ad   Bnk Bke Bk <br /> Ar , Ae , Ad là momen quán tính của kênh nghiêng theo các trục r, e và d.  Are , Ard , Ade  là <br /> tích momen quán tính.  Bn , Be , Bk  là momen quán tính của kênh xoay theo các trục n, e, k. <br /> Bne , Bnk , Bke là tích momen quán tính. Ngoài ra, ta còn kể đến  Tp  là tổng momen ngoài tác <br /> động  lên  kênh  nghiêng  quay  theo  trục  e  và  Ty   là  tổng  momen  ngoài  tác  động  lên  kênh <br /> xoay quay theo trục k.  <br /> Theo [3], mối liên hệ giữa các hệ quy chiếu về vị trí được xác định bằng góc Euler. Với <br /> hệ quy chiếu cố định P và hệ quy chiếu cho kênh xoay B thì mối liên hệ đó được xác định <br /> qua góc   : <br /> <br />  Bn   Pi cos    Pj sin  ;  Be   Pi sin    Pj cos  ;  Bk   Pk   (4)<br /> Tương tự với hệ quy chiếu B và A mối liên hệ được xác định qua góc    <br /> <br />  Ar  Bn cos  Bk sin  ;  Ad  Bn sin   Bk cos ;  Ae  Be   (5)<br /> Áp  dụng  định  luật  II  Newton  cho  chuyển  động  quay  của  vật  rắn  ta  có  phương  trình <br /> chuyển động cho 2 kênh của gimbal [2]: <br /> d<br /> T H    H ; H  J . (6)<br /> dt<br />                         <br /> H  J . là  momen  động  lượng,  J  là  ma  trận  momen  quán  tính  của  vật  rắn,   là  ma <br /> trận vận tốc góc của vật rắn. <br />  Đối với kênh xoay<br /> Phương trình chuyển động xoay của kênh xoay theo định luật II Newton: <br /> d<br /> T  H B  B / I  H B (7)<br />                                  dt<br /> H B  J BB / I  BAC T J A A/ I là  momen  động  lượng  của  cả  hệ  gồm  kênh  xoay  và  kênh <br /> nghiêng theo hệ quy chiếu B. <br /> Chuyển  động  quay  của  kênh  xoay  chỉ  xung  quanh  trục  k  nên  phương  chuyển  trình <br /> chuyển động quay của kênh xoay sẽ chỉ xét đến thành phần k trong phương trình (7): <br /> J   Ty  TDy1  TDy 2 (8)<br />                      eq BK<br /> Phương  trình  (8)  là  phương  trình  chuyển  động  quay  của  kênh  xoay  quanh  trục  thẳng <br /> đứng  k  với  J eq   là  momen  quán  tính  tức  thời  quanh  trục  k,  TDy1 , TDy 2 là  những  nhiễu  tác <br /> động lên kênh xoay ảnh hưởng từ chuyển động quay của bệ đỡ gimbal do hoạt động trong <br /> môi trường rung lắc và ảnh hưởng từ chuyển động quay của kênh nghiêng.  <br /> J eq  Bk  Ar sin 2   Ad cos2  Ard sin(2 )     (9)<br />  <br /> <br /> 160     N. M. Tiến, L. V. Định, …, “Điều khiển bám hệ quang điện tử… PID mờ thích nghi.”           <br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br />  B  Ar sin 2   Ad sin 2  <br /> TDy1   n   BnBe<br />   Ard sin(2 )  ( Be  Ae ) <br />  Bnk  ( Ad  Ar )sin  cos <br />   ( Bn  BeBk )<br />  + Ard cos(2 ) <br /> ( Bke  Ade cos(2 )  Are sin  )  ( Bn  BeBk ) (11)<br /> 2 2<br /> ( Bne  Are cos  Ade sin  )  (   )Bn Be<br /> <br /> ( Ade cos  Are sin  )   Bk  ( Ade sin   Are co s )Bk<br /> 2<br /> <br /> <br />   Bk  Ar sin 2   Ad co s 2   Ard sin(2 )   Bn<br />   ( Ar  Ad )sin(2 )  2 Ard cos(2 )  BeBk<br /> TDy 2  ( Are sin   Ade cos ) Ae  ( Are cos  Ade sin ) 2 Ae<br /> (12)<br />   ( Ad  Ar sin(2 )  2 Ard co s(2 )   AeB<br />  Đối với kênh nghiêng<br /> Phương trình chuyển động của kênh nghiêng theo định luật II Newton: <br /> dH A<br /> T   A/ I  H A (13)<br />                                        dt<br /> H A  J A A/ I là momen động lượng cho kênh nghiêng. Chuyển động của kênh nghiêng <br /> chỉ xung quanh trục e nên ta chỉ xét thành phần e trong biểu thức (13): <br /> Ae Ae  Tp  TDp1  TDp 2 (14)<br />  <br /> TDp1  ( Ade sin   Are co s )  ( Bn  BeBk )  ( Ade cos  Are sin  )  BnBe<br /> 1 (15)<br />   ( Ad  Ar )cos(2 )  2 Ard sin(2 )  BnBk   ( Ad  Ar )sin(2 )  2 Ard cos(2 )  Bn<br /> 2<br /> <br /> 2<br /> 1<br /> TDp 2  ( Are sin   co s )   Bk   ( Ad  Ar )sin(2 )  2 Ard cos(2 )  Bk 2<br /> (16)<br /> 2<br />  Ảnh hưởng do mất cân bằng tĩnh<br /> Mất cân bằng tĩnh gây nên do khối tâm của một vật rắn không nằm trên trục quay của <br /> nó. Khi vật rắn quay với gia tốc sẽ gây ra momen lực quán tính ly tâm lên trục quay của nó <br /> làm vật rắn bị rung lắc mạnh trong quá trình quay. Đối với hệ gimbal 2 trục được xét trong <br /> bài báo này trường hợp tương tự cũng xảy ra. Hai kênh nghiêng và kênh xoay về lý tưởng <br /> sẽ  có  khối  tâm  nằm  trên  trục  quay  của  mỗi  kênh,  nhưng  trong  thực  tế  do  thiết  kế  phần <br /> cứng  không  đảm  bảo  nên  khối  tâm  thường  không  nằm  trên  trục  quay.  Do  đó  trong  quá <br /> trình chuyển động quay của 2 kênh đều có những momen nhiễu tác động lên. Đặc biệt khi <br /> làm việc trong những môi trường rung lắc thì chuyển động quay của bệ đặt của hệ càng <br /> gây ra tăng các momen lực quán tính lý tâm do mất cân bằng tĩnh. <br /> Trong [3], để nghiên cứu sự ảnh hưởng của những momen nhiễu do sự mất cân bằng <br /> tĩnh gây lên 2 kênh của hệ EOTS, xét 1 hệ quy chiếu XYZ (trục Y trùng với trục k, trục Z <br /> trùng với trục e) và giả sử khối tâm của bệ đặt nằm trên trục quay của bệ đặt. Khi đó 2 <br /> momen nhiễu tác động lên 2 kênh nghiêng và xoay lần lượt là: <br /> J sp  m p arp co s(m     p )<br /> (17)<br /> J sy  my ary co s(m     y )<br />  <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017                              <br /> 161<br />  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> m p , my lần  lượt  là  khối  lượng  của  kênh  nghiêng  và  kênh  xoay;  a  là  gia  tốc  của  bệ; <br />  p , y lần lượt là các góc lệch tâm của kênh nghiêng và kênh xoay;  rp , y y là khoảng cách <br /> lệch tâm (khoảng cách từ tâm tới trục quay) của kênh nghiêng và kênh xoay. <br /> 3. THIẾT KẾ VÒNG ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ<br /> Nhiệm vụ chính của vòng ổn định tốc độ là ổn định tốc độ   Ad   Ae  của kênh nghiêng <br /> luôn ổn định bám theo giá trị đặt từ vòng ngoài đưa vào bất kể sự ảnh hưởng từ nhiễu do <br /> làm việc trong môi trường rung lắc mạnh hay momen lực quán tính ly tâm. <br /> Vòng ổn định tốc độ bên trong chứa một động cơ servo với nhiều đặc điểm nổi bật như <br /> hiệu suất cao, momen quay cao so với tỉ lệ quán tính, tốc độ cao, ít ồn và đặc tính nhiễu <br /> điện từ thấp. <br /> Theo [9], các công thức điện áp của động cơ servo như sau: <br />  di dq<br />  Rm i  Lm dt  K e dt  um<br />  2<br />  d q dq<br />  J m 2  Dm  Kq  Tm  TD (18)<br />  dt dt<br />  Tm  KT i<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br />  <br /> Hình 3. Sơ đồ khối cho động cơ servo.<br /> Có  thể  thấy  momen  do  động  cơ  phát  ra  chính  là  tín  hiệu  điều  khiển  cho  các  kênh <br /> nghiêng  và  kênh  xoay  của  hệ.  Từ  hình  4  ta  thấy  J m*  J m  J L là  tổng  momen  quán  tính <br /> bao  gồm  momen  quán  tính  động  cơ  và  momen  quán  tính  các  kênh  của  hệ  gimbal. <br /> am*  am  aL là tổng hệ số ma sát nhớt. Ta có được hàm truyền của động cơ servo:  <br /> KT<br /> Gm ( s )  (19)<br /> ( Ls  R )( J  am* )  K d KT<br /> *<br /> m<br /> <br /> Bảng 1. Thông số của động cơ servo được sử dụng.<br /> Thông số Giá trị Thông số Giá trị<br /> Điện áp định mức  (um )   24V  Hằng số momen  ( KTM )   0.85 Nm/A <br /> Tốc độ không tải  (0 )   303 rpm  Hằng số EMF  ( K d )   0.85 V/rad/s <br /> Trở kháng  ( Rm )   4.5    Momen quán tính roto Jm  0.0017 Kg/ m2  <br /> Cảm thuần  ( Lm )   0.003 H  Tỉ lệ hãm  (am )   0 <br />  <br /> Thay các thông số của động cơ thực tế vào, hàm truyền của động cơ khi đó là: <br /> 48850.5<br />                               Gm ( s )  (20)<br /> s 2  1500 s  41523<br />  <br /> <br /> 162     N. M. Tiến, L. V. Định, …, “Điều khiển bám hệ quang điện tử… PID mờ thích nghi.”           <br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Ngoài  ra  để  đo  tốc  độ   Ae   Ad   của  kênh  nghiêng  ta  sử  dụng  một  con  quay  hồi  tốc <br /> (gyro scope). Con quay hồi tốc được đặt tại 2 trục e và d của kênh nghiêng. Tín hiệu từ <br /> con quay hồi tốc được trả về bộ điều khiển để so sánh với tín hiệu đặt từ vòng điều khiển <br /> bám bên ngoài. <br /> Hàm truyền của gyro scope được rút ra như sau [6]: <br /> 2500<br /> Ggyro  2 (21)<br />                                 s  70 s  25000<br /> <br /> 4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI DỰA TRÊN GIẢI THUẬT MỜ<br /> CHO VÒNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ<br /> Cấu trúc của bộ điều khiển PID thích nghi mờ: <br /> <br /> <br /> <br /> <br />  <br /> Hình 4. Cấu trúc bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên giải thuật mờ.<br /> Đầu vào của bộ điều khiển là sai số e(t) giữa vị trí đặt mong muốn và đầu ra; và tốc độ <br /> của  sự  thay  đổi  sai  số  de/dt;  đầu  ra  là  các  hệ  số  K p , Ki, K d .  Cấu  trúc  giải  thuật  mờ  bao <br /> gồm 2 đầu vào và 3 đầu ra được chỉ ra trên hình 5   <br /> <br /> <br /> <br /> <br />  <br /> Hình 5. Cấu trúc giải thuật mờ.<br />  Nhiệm vụ của khối mờ là thu được hệ số  K p , Ki, K d  tối ưu bằng cách áp dụng một số <br /> điều chỉnh. Các hệ số  K p , Ki , K d  này đều được giới hạn trong 1 dải giá trị, tức: <br /> <br /> K p  [ K pM in , K pM ax ] K i  [ K iM in , K iM ax ] K d  [ K d Mi n , K d M ax ] (22)<br /> Dựa trên các kết quả đạt được từ bộ điều khiển PID trước đó, ta thu được dải giá trị của <br /> 3 thông số  K p , Ki , K d  lần lượt là: <br />  Đối với kênh nghiêng: <br /> [ K pM in , K pM ax ]  [25;75] [ KiM in , KiM ax ]  [1;8] [ K dM in , K dM ax ]  [1;9] (23)<br />  Đối với kênh xoay <br /> [ K pM in , K pM ax ]  [20;70] [ KiM in , KiM ax ]  [2;10] [ KiM in , KiM ax ]  [2,5;9,5] (24)<br /> Các hệ số  K p , Ki , K d của bộ điều khiển PID thích nghi sẽ được xác định từ các hệ số <br /> của bộ chỉnh định mờ theo biểu thức: <br />  <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017                              <br /> 163<br />  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> K p  K pMax Ki  KiMax K d  K d Max<br /> K p  ; Ki  ; K d  (25)<br /> K pMax  K pMin KiMax  KiMin K d Max  K d Min<br /> Mờ hóa đầu vào cho  e(t ), de(t ), K p , Ki , K d  với các tập mờ NB, NM, NS, ZE, PS, PM, <br /> PB tương ứng là âm lớn, âm vừa, âm nhỏ, không, dương nhỏ, dương lớn          <br />     <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Hàm liên thuộc của e(t)-de(t) cho 2 kênh.<br /> <br /> <br /> <br /> <br />  <br /> Hình 7. Hàm liên thuộc của K p , Ki, K d<br /> <br /> <br /> <br /> <br />  <br /> Hình 8. Cấu trúc tổng thể hệ thống điều khiển EOTS.<br />  <br /> <br /> 164     N. M. Tiến, L. V. Định, …, “Điều khiển bám hệ quang điện tử… PID mờ thích nghi.”           <br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> 5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG<br /> 5.1 Kiểm tra sự ảnh hưởng do tốc độ góc của bệ đặt thay đổi<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 9. Đáp ứng góc của kênh nghiêng và kênh xoay với a) (Pi  Pj  Pk  0)<br /> b) (Pi  Pj  Pk  5) (rad/s).<br /> <br /> Bảng 2. Thống kê các kết quả mô phỏng.<br />   Thời gian đáp  Độ quá điều  Thời gian xác  Sai lệch tĩnh <br /> ứng  (s)  chỉnh (%)  lập (s)  (%) <br /> Tốc độ góc của  Kênh  PID  Fuzzy- PID  Fuzzy- PID  Fuzzy- PID  Fuzzy-<br /> bệ (rad/s)  PID  PID  PID  PID <br /> 0  pitch  0.003  0.033  15.698  0.473  0.352  0.151  0  0 <br /> yaw  0.01  0.041  11.798  0.505  0.156  0.136  0  0 <br /> 5  pitch  0.003  0.036  18.452  0.505  0.471  0.127  0  0 <br /> yaw  0.01  0.039  13.068  0.505  0.274  0.128  0.25 0 <br /> 10  pitch  0.003  0.037  19.880  0.496  0.534  0.137  0.25 0 <br /> yaw  0.01  0.039  15.698  0.430  0.597  0.139  0.5  0 <br /> 15  pitch  0.003  0.038  21.341  0.404  0.605  0.141  0.5  0 <br /> yaw  0.01  0.040  17.039  0.314  0.809  0.142  0.5  0 <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 10. Đáp ứng góc của kênh nghiêng và kênh xoay với (Pi  Pj  Pk  10) (rad/s)<br /> và (Pi  Pj  Pk  15 (rad/s).<br /> <br />  <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017                              <br /> 165<br />  Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông<br /> Từ bảng 2 ta có thể thấy rõ tính hiệu quả của bộ điều khiển PID thích nghi so với bộ <br /> điều khiển PID thông thường đặc biệt khi hoạt động trong các môi trường rung lắc không <br /> đứng yên dẫn đến chuyển động quay của bệ đỡ của hệ. Khi tốc độ góc của bệ bằng 0 thì <br /> với bộ điều khiển PID thông thường độ quá điều chỉnh (15,69%), với bộ điều khiển PID tự <br /> chỉnh định dựa trên luật mờ (0.473%) , đồng thời thời gian xác lập của bộ PID tự chỉnh <br /> định cũng nhanh (0,151s) so với  bộ PID thông thường (0.352s). Đặc biệt khi tốc độ góc <br /> của bệ tăng cao như tại tốc độ góc là 15 rad/s thì kết quả này lại càng rõ. Bộ PID thông <br /> thường độ quá điều chỉnh lên đến 21,341% và thời gian xác lập là 0.604s (đối với kênh <br /> nghiêng) trong khi với bộ PID tự chỉnh định thì chỉ là 0.404% và 0.141s. <br /> 5.2 Kiểm tra sự ảnh hưởng do gia tốc quán tính ly tâm thay đổi<br /> Tiến hành mô phỏng trong các trường hợp gia tốc quán tính ly tâm của bệ đặt tăng dần <br /> trong quá trình bệ quay với cả 2 bộ điều khiển PID thích nghi và PID thông thường. <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 11. Đáp ứng của kênh nghiêng và kênh xoay khi gia tốc quán tính ly tâm thay đổi<br /> a) với bộ điều khiển PID; b) với bộ điều khiển PID thích nghi.<br /> Từ hình 11 trên ta có thể thấy ngay với bộ điều khiển PID thông thường thì khi gia tốc <br /> quán tính ly tâm thay đổi thì sai lệch tĩnh trong các đáp ứng góc của kênh nghiêng và kênh <br /> xoay tăng dần. Với bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên hệ mờ của 2 kênh nghiêng và <br /> xoay đều không tồn tại sai lệch tĩnh khi gia tốc quán tính ly tâm có thay đổi. Điều đó cho <br /> thấy tính hiệu quả của bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên hệ mờ. <br /> 6. KẾT LUẬN<br /> Bài báo đã đề xuất bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên hệ mờ cho hệ thống quang <br /> điện  tử  bám  mục  tiêu  khi  hoạt  động  trong  các  môi  trường  rung  lắc  khi  đặt  hệ  trên  các <br /> phương tiện di chuyển như tàu thuyền, xe chuyên dụng, xe tăng ..vv. Bài báo cũng đã đề <br /> cập đến những ảnh hưởng của nhiễu: ảnh hưởng của 1 trục lên trục còn lại khi quay, sự <br /> ảnh hưởng do chuyển động quay của bệ đặt và momen lực quán tính ly tâm gây ra bởi sự <br /> mất cân bằng tĩnh của hệ đến nhiệm vụ bám mục tiêu của hệ. Bộ điều khiển đề xuất đảm <br /> bảo được yêu cầu bám mục tiêu cho hệ quang điện tử và có độ quá chỉnh và thời gian xác <br /> lập nhỏ hơn so với bộ PID thông thường.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. J.  Hilkert,  "Inertially Stabilized Platform Technology,"  IEEE  Control  Systems <br /> Magazine, pp. 26-46, 2008. <br /> [2]. Maher  Abdo,  Ahmad  Reza  Vali,  Alireza  Toloei  and  Mohammad  Reza  Arvan, <br /> "Research on the Cross-Coupling of a Two Axes Gimbal System with Dynamic<br /> Unbalance," International Journal of Advanced Robotic Systems, vol. 10, pp. 80, 2013 <br />  <br /> <br /> 166     N. M. Tiến, L. V. Định, …, “Điều khiển bám hệ quang điện tử… PID mờ thích nghi.”           <br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> [3]. Maher  Abdo,  Ali  Reza  Toloei,  Ahmad  Reza  Vali  and  Mohammad  Reza  Arvan, <br /> "Cascade Control System for Two Axes Gimbal System with Mass Unbalance," <br /> International Journal of Scientific & Engineering Research, vol. 4, no. 9, pp. 903, 2013. <br /> [4]. Zhiming  Zhao  and  Xiaoyang  Yuan,  "Backstepping Designed Sliding Mode Control<br /> for a Two-Axis Tracking System," IEEE, pp. 1593-1598, 2010 <br /> [5]. Maher  Abdo,  Ahmad  Reza  Vali,  Ali  Reza  Toloei  and  Mohammad  Reza  Arvan, <br /> "Modeling Control and Simulation of Two Axes Gimbal Seeker Using Fuzzy PID" <br /> The 22nd Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE 2014), pp. 1342, 2014. <br /> [6]. Ho-Pyeong Lee and Inn-Eark Yoo, "Robust Control Design for a Two-axis Gimbaled<br /> Stabilization System," IEEE, pp. 45-52, 2008. <br /> [7]. Minh  Xuân  Phan,  Tien  Ngo  Manh,  Nhan  Nguyen  Duc,  Duyen  Ha  Thi  Kim,  Lien <br /> Truong Thi Bich, “Tracking control for the Electro-Optical tracking system Based on<br /> the self-tuning Fuzzy PID control”,VCCA-2015. <br /> [8]. M.  Abdo,  A.  R.  Toloei,  A.  R.  Vali  and  M.  R.  Arvan,  "Modeling, Control and<br /> Simulation of Cascade Control Servo System for One Axis Gimbal Mechanism," IJE <br /> Transactions A, vol. 27, no. 1, pp. 157-170, 2014. <br /> [9]. E.  DiBenedetto,  Classical  Mechanics,  “Theory and Mathematical Modeling”,  2011, <br /> Birkhauser, New York. <br /> [10]. Tien Ngo Manh, Minh Phan Xuan, Duyen Ha Thi Kim, Minh Pham Ngoc, “Some of<br /> new research results in the Deverlopment of Mobile Robot mounted Camera<br /> automatically Seaching and Tracking Moving Target”, The Vietnam Conference on <br /> Mechatronics VCM6, ISBN 978-604-62-0753-5; 12/2012. <br /> [11]. Tien  Ngo  Manh,  Khanh  Pham  Xuan,    Phuoc  Nguyen  Doan,  Minh  Phan <br /> Xuan,“Proposed improvements controller parameter adjustment to adaptive the PID,<br /> applications replacement of industrial controllers”,  Journal  of  Science  and <br /> Technology 05/2011 - Hanoi University of Industry, ISSN 1859 3585, Tr 25-30. <br /> [12]. Tien  Ngo  Manh,  “Research, design and integrating the electro-optical system to<br /> monitor the short range objects, applying for the islands”, report of project Vietnam <br /> Academy of Science and Technology 2013-2014, 3/2015 <br /> ABSTRACT<br /> TRACKING CONTROL FOR ELECTRO-OPTICAL TRACKING SYSTEM IN <br /> VIBRATION ENVIRONMENT BASED ON SELF-TUNING FUZZY PID CONTROL <br /> In this paper, controlling Electro-optical tracking system (EOTS) when<br /> operating in vibration, unstable environment such as ship, air plane, tank is<br /> researched. This makes the base body of EOTS has angular motion. In this paper,<br /> we also mention the effect of centrifugal force torque which is the cause of static<br /> mass unbalance on the rotating of pitch and yaw channel. The controller used in<br /> this paper is self-tuning Fuzzy PID controller. The overall control system is built<br /> and simulated in Matlab for the self-tuning Fuzzy PID controller and a<br /> conventional PID controller.<br /> Keywords: Electro-optical tracking system; Gimbal; PID; Fuzzy-PID; Tracking. <br /> Nhận bài ngày 02 tháng 5 năm 2017<br /> Hoàn thiện ngày 10 tháng 6 năm 2017<br /> Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 7 năm 2017<br /> Địa chỉ: 1Viện Vật Lý, Viện Hàn Lâm KH&CN Việt Nam;   <br />                2<br />  Đại học Bách khoa Hà Nội;  <br />               3<br />  Đại học Công nghiệp Hà Nội. <br />           * E-mail: nmtien@iop.vast.ac.vn <br />  <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017                              <br /> 167<br />