Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế và điều khiển hệ thống con lắc ngược quay

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

71
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn này trình bày về thiết kế và điều khiển hệ con lắc ngược quay trên cơ sở của kỹ thuật điều khiển PID và LQR. Mô hình toán học của hệ con lắc ngược quay được xây dựng làm nền tảng cho việc thiết kế luật điều khiển. Luật điều khiển PID và LQR được thiết kế để thực hiện mục tiêu cân bằng và ổn định cho hệ con lắc ngược và so sánh thời gian ổn định bền vững nhất.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Thiết kế và điều khiển hệ thống con lắc ngược quay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- NGUYỄN THỊ THÚY VÂN THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CON LẮC NGƯỢC QUAY LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Mã số ngành: 60520114 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN HÙNG TP. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2014
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Hướng dẫn khoa học (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 25 tháng 01 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 TS. Nguyễn Thanh Phương Chủ tịch 2 PGS.TS Trần Thu Hà Phản biện 1 3 TS. Võ Tường Quân Phản biện 2 4 TS. Nguyễn Viễn Quốc Ủy viên 5 TS. Nguyễn Duy Anh Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2013 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thị Thúy Vân Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 02.10.1977 Nơi sinh: Nam Định Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử MSHV: 1241840022 I- Tên đề tài: Thiết kế và điều khiển hệ thống con lắc ngược quay II- Nhiệm vụ và nội dung: Thiết kế hệ thống con lắc ngược quay Sử dụng các giải thuật điều khiển PID, LQR để điều khiển cân bằng và ổn định hệ thống, so sánh sự ổn định của các giải thuật. Mô phỏng trên Matlab/Simulink để kiểm chứng các giải thuật đã thiết kế. III- Ngày giao nhiệm vụ: 12.06.2013 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15.12.2013 V- Hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Hùng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Nguyễn Thị Thúy Vân
ii LỜI CÁM ƠN Luận văn được thực hiện theo chương trình đào tạo thạc sĩ của trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh. Học viên xin chân thành gửi lời tri ân sâu sắc tới quý thầy cô, bạn bè và gia đình. Đến TS. Nguyễn Hùng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, đôn đốc và đóng góp những ý kiến quý báu để học viên hoàn thiện luận văn. Đến Quý thầy cô Khoa Cơ – Điện – Điện tử Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh đã trang bị cho học viên những kiến thức bổ ích. Đến Phòng Quản lý Khoa học & Đào tạo Sau đại học và các anh chị em bạn bè đồng nghiệp trong trường Đại học Công nghệ TP.HCM đã khích lệ động viên trong quá trình học tập và thực hiện luận văn. Đến các bạn trong lớp cao học Cơ điện tử khóa 2012-2014. Đến gia đình và người thân đã luôn tạo điều kiện và động viên trong suốt quá trình học, đặc biệt là trong thời gian thực hiên luận văn này. HỌC VIÊN Nguyễn Thị Thúy Vân
iii TÓM TẮT Luận văn này trình bày về thiết kế và điều khiển hệ con lắc ngược quay trên cơ sở của kỹ thuật điều khiển PID và LQR. Mô hình toán học của hệ con lắc ngược quay được xây dựng làm nền tảng cho việc thiết kế luật điều khiển. Luật điều khiển PID và LQR được thiết kế để thực hiện mục tiêu cân bằng và ổn địnhcho hệ con lắc ngược và so sánh thời gian ổn định bền vững nhất. Luật điều khiển được kiểm chứng thông qua kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink. Mô hình vật lý của hệ con lắc ngược được xây dựng để kiểm chứng giải thuật đã thiết kế.
iv ABSTRACT This thesis presents designing and chienment the controller for the rotary inverted pendulum based on the PID and LQR controller. The mathematical model of the rotary inverted pendulume is introduced. The PID and LQR controller is designing to achieve for balancing and stabilizing unstable equilibrium point system. The control law is verified through simulation results by Matlab/Simulink. The physic model of the rotary inverted pendulumis designed to prove the effectivemess of the designed controllers.
v MỤC LỤC Lời cam đoan ........................................................................................................................... i ..................................................................................................................................................... Lời cám ơn ............................................................................................................................... ii ..................................................................................................................................................... Tóm tắt ..................................................................................................................................... iii Abstract .................................................................................................................................... iv ..................................................................................................................................................... Mục lục ..................................................................................................................................... v Danh sách các chữ viết tắt và ký hiệu khoa học .................................................................viii Danh sách các bảng ....................................................................................................... x Danh sách các hình ...................................................................................................... xi CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .............................................................................................. 1 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố ......................................................................................................... 1 1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ................................................................ 1 1.1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố ..................................................... 2 1.2 Mục tiêu và đối tương nghiên cứu ............................................................................ 3 1.3 Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 3 1.4 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 3 1.5 Giới hạn của luận văn ................................................................................................ 3 1.6 Kết cấu của luận văn ................................................................................................... 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................. 5 2.1 Lý thuyết điều khiển tự động .................................................................................... 5 2.1.1 Khái niệm ................................................................................................................... 5 2.1.2 Các nguyên tắc điều khiển ......................................................................................... 6 2.2 Lý thuyết điều khiển PID .......................................................................................... 8 2.2.1 Cơ bản về vòng điều khiển ........................................................................................ 8 2.2.2 Giới thiệu bộ điều khiển PID ................................................................................. 10 2.2.3 Điều khiển vòng lặp ................................................................................................. 17 2.3 Cơ sở kiến thức chung của điều khiển tối ưu ......................................................... 21 2.3.1 Điều khiển tối ưu ...................................................................................................... 21
vi 2.3.2 Các bước giải phương trình tối ưu .......................................................................... 22 2.4 Kết luận ..................................................................................................................... 24 CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH TOÁN HỌC ............................................................................ 25 3.1 Giới thiệu hệ thống con lắc ngược quay ................................................................. 25 3.2 Thiết lập mô hình toán học hệ thống con lắc ngược quay ..................................... 26 3.2.1 Động cơ DC ............................................................................................................. 26 3.2.2 Mô hình hóa hệ thống con lắc ngược quay ............................................................ 28 3.3 Tuyến tính hóa từ mô hình toán học ....................................................................... 31 3.4 Kiểm tra mô hình toán học ...................................................................................... 37 3.5 Kết luận ..................................................................................................................... 39 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ................................................................. 40 4.1 Thiết kế điều khiển cân bằng dùng phương pháp PID ......................................... 41 4.1.1 Giả thiết .................................................................................................................... 41 4.1.2 Mô phỏng bộ điều khiển .......................................................................................... 42 4.2 Thiết kế điều khiển cân bằng dùng phương pháp LQR ....................................... 45 4.2.1 Giả thiết .................................................................................................................... 45 4.2.2 Thiết kế dùng Matlab ................................................................................................ 45 4.2.3 Mô phỏng ................................................................................................................. 45 4.3 Thiết kế bộ điều khiển bất ổn định........................................................................... 49 4.3.1 Điều khiển vị trí cánh tay ......................................................................................... 49 4.3.2 Mô phỏng .................................................................................................................. 51 4.4 Điều khiển Swing-up ................................................................................................ 53 4.4.1 Giả thiết ..................................................................................................................... 53 4.4.2 Mô phỏng .................................................................................................................. 53 4.5 Điều khiển Mode ...................................................................................................... 55 4.5.1 Mục đích .................................................................................................................... 55 4.5.2 Mô phỏng .................................................................................................................. 55 4.6 Kết hợp điều khiển PID và Swing-up...................................................................... 57 4.6.1 Mô phỏng .................................................................................................................. 57 4.6.2 Nhận xét..................................................................................................................... 60 4.7 Kết hợp điều khiển LQR và swing-up ..................................................................... 61 4.7.1 Sơ đồ mô phỏng ........................................................................................................ 61 4.7.2 Nhận xét..................................................................................................................... 63 4.8 Kết luận...................................................................................................................... 63
vii CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ......................................................................... 64 5.1 Phần cứng .................................................................................................................. 64 5.1.1 Board mạch chính ..................................................................................................... 64 5.1.2 Mạch công suất ......................................................................................................... 66 5.1.3 Mạch nguồn ............................................................................................................... 69 5.1.4 Thiết bị đo vận tốc .................................................................................................... 71 5.2 Mô hình hoàn chỉnh .................................................................................................. 72 5.3 Kết quả thực nghiệm ................................................................................................. 73 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............................................. 74 Kết quả đạt được .................................................................................................................... 74 Hạn chế ................................................................................................................................... 74 Hướng phát triển của đề tài ................................................................................................... 74
viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DC Dòng điện một chiều PID Ổn định tỷ lệ LQR Ổn định tuyến tính bậc 2 Ax Thành phần X của lực tác động lên con lắc ở điểm A Ay Thành phần Y của lực tác động lên con lắc ở điểm A Α Vị trí của con lắc  Tốc độ của con lắc  Gia tốc của con lắc Beq Hệ số ma sát nhớt G Gia tốc trọng trường Im Dòng điện vào mạch phần ứng động cơ DC JB Là moment quán tính của con lắc quy về trọng tâm Jeq Là moment quán tính của cánh tay và con lắc về trục của Jm Moment quán tính của động cơ DC Kg Tỉ số truyền từ động cơ qua tải Km Hằng số phản hồi L ½ chiều dài con lắc Lm Điện cảm phần ứng M Khối lượng của con lăc R Bán kính quay của cánh tay Rm Điện trở phần ứng Tl Moment xoay của tải Tm Moment xoay của động cơ Vị trí góc của cánh tay và của trục tải  Vộc tốc của trục tải  Gia tốc của trục tải m Vị trí của trục động cơ Vemf Điện áp phản hồi
ix Vm Điệm áp vào phần ứng g Là hiệu suất của bộ truyền xB Vận tốc của con lắc ở trọng tâm theo hướng x yB Vận tốc của con lắc ở trọng tâm theo hướng y xB Gai tốc của con lắc ở trọng tâm theo hướng x yB Gai tốc của con lắc ở trọng tâm theo hướng y
x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Lựa chọn phương pháp điều chỉnh ...............................................................19 Bảng 2.2 Tác động của việc tăng thông số độc lập ......................................................20 Bảng 2.3 Thông số điều chỉnh bằng phương pháp Ziegler-Nichols ............................20 Bảng 3.1 Thông số hệ thống ........................................................................................35
xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mô hình hệ thống con lắc ngược quay ...........................................................1 Hình 2.1 Mô tả hệ thống điều khiển .............................................................................6 Hình 2.2 Sơ đồ điều khiển bù nhiễu .............................................................................7 Hình 2.3 Sơ đồ điều khiển cân bằng sai lệch ................................................................7 Hình 2.4 Sơ đồ điều khiển phối hợp .............................................................................7 Hình 2.5 Sơ đồ điều khiển thích nghi ...........................................................................8 Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống điếu khiển PID ......................................................................9 Hình 2.7 Sơ đồ khối khâu P .........................................................................................11 Hình 2.8 Đáp ứng khâu P ...........................................................................................12 Hình 2.9 Sơ Đồ khối khâu I .........................................................................................12 Hình 2.10 Đáp ứng khâu I và khâu PI .......................................................................13 Hình 2.11 Sơ đồ khối khâu D ......................................................................................14 Hình 2.12 Đáp ứng khâu D và khâu PD ....................................................................14 Hình 2.13 Sơ đồ khối khâu PID ...................................................................................15 Hình 2.14 Đáp ứng khâu P, PI và khâu PID ..............................................................15 Hình 2.15 Sơ đồ khối khâu PID ..................................................................................16 Hình 2.16 Sơ đồ điều khiển phương pháp LQR .........................................................21 Hình 3.1 Mô hình hệ thống con lắc ngược quay .........................................................25 Hình 3.2 Sơ đồ mạch điện tương đương của động cơ DC ..........................................26 Hình 3.3 Cấu trúc hình học hệ con lắc ngược quay ....................................................28 Hình 3.4 Sơ đồ phân tích lực của hệ con lắc quay ......................................................28 Hình 3.5 Mô hình mô phỏng điều kiện đầu ................................................................37 Hình 3.6 Sơ đồ mô phỏng hệ thống phi tuyến ............................................................38 Hình 3.7 Đáp ứng con lắc khi chưa có bộ điều khiển ..................................................38 Hình 4.1 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển PID .............................................................42 Hình 4.2 Sơ đồ bộ điều khiển con lắc ngược quay .....................................................43 Hình 4.3 Mô phỏng tín hiệu ra của góc  ................................................................ 43 Hình 4.4 Mô phỏng tín hiệu ra của góc  ..................................................................44 Hình 4.5 Đáp ứng điện áp vào Vin ..............................................................................44 Hình 4.6 Đáp ứng vận tốc góc  ...............................................................................44 Hình 4.7 Đáp ứng vận tốc góc  ................................................................................44
xii Hình 4.8 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển LQR ...........................................................46 Hình 4.10 Mô phỏng tín hiệu ra góc  khi  lệch 50 ...............................................47 Hình 4.11 Mô phỏng tín hiệu ra góc  khi  lệch 50 ...............................................47 Hình 4.12 Tín hiệu điều khiển điện áp vào Vin ...........................................................48 Hình 4.13 Đáp ứng vận tốc góc  .............................................................................48 Hình 4.14 Đáp ứng vận tốc góc  ..............................................................................48 Hình 4.15 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển vị trí ..........................................................52 Hình 4.16 Sơ đồ điều khiển động cơ ..........................................................................52 Hình 4.17 Điều khiển tín hiệu vào hệ thống ...............................................................53 Hình 4.18 Đáp ứng của hệ thống với ngõ vào hàm nấc ..............................................53 Hình 4.19 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển ổn định .....................................................54 Hình 4.20 Góc  trong quá trình điều khiển Swing-up .............................................55 Hình 4.21 Góc quay  của bộ điều khiển bất định .....................................................55 Hình 4.22 Vận tốc của cánh tay và con lắc .................................................................55 Hình 4.23 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển Mode ........................................................57 Hình 4.24 Tín hiệu điều khiển ....................................................................................57 Hình 4.25 Kết quả của bộ điều khiển Mode ...............................................................57 Hình 4.26 Mô phỏng điều khiển kết hợp bộ ĐK ổn định đứng và cân bằng ..............58 Hình 4.28 Sơ đồ bộ điều khiển bất ổn định ................................................................59 Hình 4.29 Sơ đồ bộ điều khiển ổn định ......................................................................59 Hình 4.30 Sơ đồ bộ điều khiển MODE .......................................................................59 Hình 4.31 Kết quả mô phỏng của góc α .....................................................................60 Hình 4.32 Kết quả mô phỏng của góc  ...................................................................60 Hình 4.33 Tín hiệu điều khiển điện áp (Vin) ..............................................................60 Hình 4.34 Sơ đồ vận tốc cánh tay và con lắc ..............................................................61 Hình 4.35 Mô phỏng chính kết hợp bộ điều khiển ổn định LQR và Swing_up ........62 Hình 4.36 Kết quả mô phỏng của góc α ....................................................................63 Hình 4.37 Kết quả mô phỏng của góc  ....................................................................63 Hình 4.38 Tín hiệu điều khiển điện áp (Vin) .............................................................64 Hình 4.39 Đáp ứng vận tốc của cánh tay và con lắc ..................................................64 Hình 5.1 Sơ đồ chân của ATmega168 ......................................................................66 Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ................................................................67 Hình 5.3 Mạch cầu H ................................................................................................68
xiii Hình 5.4 Nguyên lý hoạt động của mạch cầu H. ........................................................ 69 Hình 5.5Các kiểu dáng bên ngoài của L298 . ............................................................69 Hình 5.6 Sơ đồ khối bên trong L298 . .......................................................................70 Hình 5.7 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất. ................................................................70 Hình 5.8 Layout mạch công suất. ...............................................................................71 Hình 5.9 Mạch công suất thực tế ................................................................................71 Hình 5.10 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn. ...................................................................71 Hình 5.11 Layout mạch nguồn. ...................................................................................73 Hình 5.12 Encoder quang 100 xung. .........................................................................73 Hình 5.13 Mô hình thực tế hệ con lắc ngược quay .....................................................74
1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố 1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Con lắc ngược quay là hệ thống có cơ cấu chấp hành bên dưới (under-actuated), tức là số lượng ngõ vào điều khiển ít hơn số lượng ngõ ra. Hệ thống được mô tả như trên hình 1.1, bao gồm 2 cánh tay (arm) và con lắc vật lý (pendulum). Cánh tay gắn với trục của động cơ, con lắc có thể dao động tự do quanh cánh tay. Con lắc ngược quay thường được sử dụng để nghiên cứu điều khiển hệ phi tuyến và trong một số lĩnh vực khác, bởi vì nó đơn giản để phân tích động học và thử nghiệm mặc dù nó có độ phi tuyến cao và động lực kép giữa hai thanh. Hình 1.1 Mô hình hệ thống con lắc ngược quay Mục tiêu điều khiển con lắc ngược là điều khiển để di chuyển nó từ điểm cân bằng ổn định phía dưới lên điểm cân bằng không ổn định phía trên. Đây là vấn đề cần nghiên cứu của luận văn. Trong những năm gần đây có nhiều bài báo được xuất bản về vấn đề này.
2 1.1.2 Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố Đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu sử dụng các thuật toán khác nhau để điều khiển hệ thống con lắc ngược quay như điều khiển tuyến tính hóa, điều khiển phi tuyến, điều khiển thông minh, … Trong [1] Zhongmin W. và các đồng nghiệp sử dụng bộ điều khiển PID với phương pháp phi tuyến để điều khiển đưa con lắc từ vị trí cân bằng ổn định phía dưới lên vị trí cân bằng không ổn định mới phía trên (swing-up) với góc lệch khoảng 150 nhưng hệ thống con lắc ổn định sau thời gian khoảng 8,7s; Trong [2] Sukontanakarn V. và các công sự của ông đã sử dụng các giải thuật PD để xác định vị trí và LQR để giữ vị trí cân bằng cho hệ thống con lắc ngược quay nhưng con lắc cân bằng chưa ổn định tuyệt đối do thiết kế bộ điều khiển và bàn đặt con lắc bị rung khi điều khiển; Trong [3] Khalil Sultan đã nghiên cứu điều khiển con lắc đơn trên xe bằng phương pháp PID kết hợp với mô phỏng Matlab để mô phỏng và giữ con lắc ở vị trí cân bằng thẳng đứng với thời gian ổn định của con lắc khoảng 4.5s nhưng mới chỉ ở trong phòng thí nghiệm; [4] Khanesar M.A. Sử dụng phương pháp điều khiển trượt phân cấp để điều khiển ổn định cân bằng con lắc ngược nhưng việc xác định mặt trượt là rất khó và hệ thống cân bằng ổn định trong thời gian khoảng 25s. [5] William V. và các đồng nghiệp điều khiển cân bằng hệ thống con lắc ngược bằng sử dụng mạng neural. Ở đây đã huấn luyện điều khiển để hệ cân bằng ổn định thành công, tuy nhiên kết quả chưa được như mong muốn và thời gian ổn định chưa cao. Tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật cũng đã có công trình nghiên cứu dùng điều khiển PID cho con lắc ngược quay nhưng tác giả đã nghiên cứu xét ở cấp độ mô men bỏ qua động học của động cơ.
3 Từ các kết quả nghiên cứu ở trên dựa trên lý thuyết điều khiển PID và LQR tác giả chọn phương pháp điều khiển PID và LQR để ổn định cho hệ con lắc ngược quay và so sánh thời gian ổn định của hệ khi sử dụng các phương pháp điều khiển. 1.2 Mục tiêu và đối tƣợng nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu về hệ con lắc ngược quay và phương pháp cân bằng. - Áp dụng phương pháp điều khiển PID và LQR để điều khiển cân bằng cho hệ con lắc ngược quay Đối tƣợng nghiên cứu - Hệ con lắc ngược quay - Các giải thuật điều khiển PID và LQR 1.3 Nhiệm vụ của đề tài - Xây dựng mô hình toán học cho hệ con lắc ngược quay - Thiết kế bộ điều khiển PID và LQR để điều khiển cân bằng cho hệ - Mô phỏng trên phần mềm Matlab/simulink - Thiết kế mô hình thực nghiệm. 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu - Sử dụng các kiến thức về toán học kết hợp với các định luật về động lực học và các định lý về cân bằng ổn định, tìm ra phương trình toán học thể hiện mối quan hệ giữa các đại lượng điều khiển hệ con lắc ngược quay cân bằng ổn định. - Sử dụng Matlab/simulink để kiểm chứng kết quả thực nghiệm 1.5 Phạm vi nghiên cứu - Điều khiển cân bằng cho hệ con lắc ngược quay dùng giải thuật điều khiển PID và LQR - Mô phỏng Matlab/Simulink để kiểm chứng giải thuật điều khiển
4 1.6 Kết cấu của luận văn Luận văn kết cấu gồm 6 chương: - Chương 1. Tổng quan - Chương 2. Cơ sở lý thuyết - Chương 3. Mô hình toán học hệ thống con lắc ngược quay - Chương 4. Thiết kế bộ điểu khiển - Chương 5. Thiết kế phần cứng - Chương 6. Kết luận và kiến nghị