TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
ĐỒ ÁN 1:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ XE HAI BÁNH TỰ
CÂN BẰNG
Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Tuyến 15151241
Phan Văn Phụng 15151198
Ngành: Công nghệ kĩ thuật điều khiển và tự động hóa
GVHD: ThS. Tạ Văn Phương
Ho Chi Minh City, 2018
Thiết kế hệ xe hai bánh tự cân bằng GVHD: ThS. Tạ Văn Phương
Page 1
LỜI CẢM ƠN
Chúng em chân thành cảm ơn, quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm kỹ Thuật
TP.HCM nói chung và quý thầy cô bộ môn Điều khiển tự động nói riêng, đã trang bị
kiến thức và giúp đỡ chúng em, giải quyết những khó khăn trong quá trình làm đồ án 1
vi xử lý.
Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn là ThS. Tạ Văn Phương
đã tận tình giúp đỡ trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ sinh viên trong quá trình
thực hiện.
Sau cùng nhóm xin cảm ơn các bạn bè đã giúp đỡ để đồ án 1 Vi xử lý được hoàn
thành tốt đẹp. Tuy nhiên do lần đầu tiên thiết kế đề tài “Hệ xe hai bánh tự cân bằng”
và làm quen với các giải thuật điều khiển mới, chuyên môn còn hạn chế, nên không
tránh khỏi những sai sót.
Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm, góp ý và hướng dẫn của quý thầy cô
cùng các bạn.
Xin chúc quý thầy cô nhiều sức khoẻ và thành công trong quá trình công tác và học
tập.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 04 năm 2018
Sinh viên thực hiện
Hoàng Ngọc Tuyến – Phan Văn Phụng
Thiết kế hệ xe hai bánh tự cân bằng GVHD: ThS. Tạ Văn Phương
Page 2
TÓM TẮT
Đề tài “Hệ xe hai bánh tự cân bằng” được nhóm thực hiện dựa trên lý thuyết mô
hình con lắc ngược. Nhóm đã quyết định phát triển đề tài từ hệ thống xe hai bánh tự cân
bằng dùng giải thuật PID sang sử dụng giải thuật LQR( Linear Quadratic Regulator) để
điều khiển và tiến hành mô phỏng trên Matlab để nghiên cứu giải thuật LQR và ứng
dụng điều khiển robot hai bánh cân bằng.
Với đề tài “Hệ xe hai bánh tự cân bằng” nhóm sẽ thực hiện so sánh giữa lí
thuyết điều khiển kinh điển PID so với giải thuật điều khiển LQR nhằm tối ưu những
ưu nhược điểm cho nhau đưa đến một hệ xe ổn định nhất có thể, nhóm sẽ kiểm nghiệm
những điểm giống và khác nhau giữa hai bộ điều khiển nhờ vào nghiên cứu giải thuật
trên Matlab Simulink.
Đồ án này sẽ trình bày bao gồm cả phần cứng bao gồm: Arduino Uno R3, cảm
biến góc nghiêng MPU 6050, mạch cầu H L298N, động cơ DC … các cách thức hoạt
động của Vi điều khiển, cảm biến gia tốc góc nghiêng cùng với các Board băm xung
cấp điện áp L298N.
Thiết kế hệ xe hai bánh tự cân bằng GVHD: ThS. Tạ Văn Phương
Page 3
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................
TÓM TẮT ..........................................................................................................................
MỤC LỤC ..........................................................................................................................
DANH SÁCH HÌNH .........................................................................................................
DANH SÁCH BẢNG ........................................................................................................
PHẦN 1: LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................
PHẦN 2: NỘI DUNG ........................................................................................................
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ...................................................
1.1 Lý do chọn đề tài ..............................................................................................
1.2 Tầm nhìn của đề tài ..........................................................................................
1.3 Mục tiêu của đề tài ...........................................................................................
1.4 Giới hạn đề tài ..................................................................................................
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN .................................................................
2.1 Bộ điều khiển PID ............................................................................................
2.2 Bộ điều khiển LQR ...........................................................................................
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................................
CHƯƠNG 4:VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LQR .....................................
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ...............................................................................................
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................
PHỤ LỤC ...........................................................................................................................
Thiết kế hệ xe hai bánh tự cân bằng GVHD: ThS. Tạ Văn Phương
Page 4
PHẦN 1: LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay quá trình hiện đại hóa, công nghiệp hóa đang diễn ra ngày một nhanh
không ngừng đẩy nhanh tiến độ phát triển khoa học công nghệ theo hướng hiện đại của
các quốc gia nói chung và Việt Nam nói riêng, lĩnh vực điện- điện tử là một trong nhiều
số các lĩnh vực có lượng các nghiên cứu khoa học lớn và cũng là lĩnh vực nằm trong
top các lĩnh vực đi tiên phong về khoa học công nghệ, các nghiên cứu trong và ngoài
nước hiện nay đã góp phần không ít vào các giải pháp thông minh trong các cơ sỡ
nghiên cứu, các công ty , nhà máy, xí nghiệp…
Robot là một cụm từ không mấy xa lạ với thời đại cách mạng công nghiệp hiện
nay, Robot đã và đang chiếm giữ nhiều vị trí thay thế quan trọng trong các nhà máy xí
nghiệp, các công ty chuyên về sản xuất trang thiết bị, các công ty chuyên về thiết kế thi
công các sản phẩm trên thị trường. Với Robot phần được coi như bộ xử lí trung tâm của
nó gọi là “Vi điều khiển”, mỗi Robot khác nhau sẽ có bộ vi điều khiển xử lí khác nhau,
tùy vào mức độ phứt tạp cũng như giá thành phù hợp với mỗi loại robot mà người thiết
kế sẽ chọn lựa cho phù hợp. Nhằm để hiểu rỏ hơn về quá trình thực hiện điều khiển
Robot nhờ bộ vi điều khiển trong đề tài này nhóm sẽ thực hiện nghiên cứu “Hệ xe hai
bánh tự cân bằng” để có cái nhìn trực diện hơn về lĩnh vực Robot nói chung và vi
điều khiển nói riêng.
Trong đề tài “đồ án 1” vi xử lý dưới sự hướng dẫn của ThS. Tạ Văn Phương
nhóm chúng em đã lựa chọn được đề tài “Hệ xe hai bánh tự cân bằng”. Với đề tài này
đòi hỏi cần có một lượng kiến thức nhất định về lập trình Vi điều khiển, các giải thuật
điều khiển cơ bản cũng như nâng cao nhằm phát triển và sáng tạo đề tài theo xu hướng
hiện đại.
Với những xuất phát điểm nêu trên, nhóm mong được ôn lại những kiến thức đã
học từ các môn và ứng dụng vào trong thiết kế, lập trình tạo ra hệ thống cụ thể nhằm
trang bị cho mình các kiến thức cần thiết làm tiền đề để có thể tiếp tục với những dự án
lớn hơn bao hàm nhiều kiến thức rộng hơn.