intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Nghiên cứu xây dựng mô hình thực hành điều khiển góc quay dựa trên Matlab/Simulink ứng dụng thuật toán mờ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

14
lượt xem
4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết nghiên cứu xây dựng mô hình thực hành điều khiển góc quay dựa trên Matlab/Simulink ứng dụng thuật toán mờ. Nghiên cứu này đóng góp vào việc thiết kế và chế tạo một mô hình thực hành, thí nghiệm điều khiển góc quay với giá thành thấp, linh kiện dễ tìm kiếm để phục vụ cho việc đào tạo kỹ thuật.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu xây dựng mô hình thực hành điều khiển góc quay dựa trên Matlab/Simulink ứng dụng thuật toán mờ

  1. Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN GÓC QUAY DỰA TRÊN MATLAB/SIMULINK ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN MỜ Ngô Quang Vĩ Trường Đại học Thủy lợi, email: vihoangnq@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU CHUNG thành thấp, linh kiện dễ tìm kiếm để phục vụ cho việc đào tạo kỹ thuật. Mô hình này có Điều khiển góc quay được sử dụng rộng rãi khả năng nhúng trên nền tảng Arduino trong thực tế cuộc sống nhất là trong lĩnh vực MEGA 2560 với MATLAB/Simulink, cho kỹ thuật. Phương pháp trên có thể bắt gặp rất phép người dùng áp dụng, kiểm chứng các kỹ nhiều trong các hệ thống như wind turbine [1], thuật điều khiển khác nhau cho hệ thống [2], hay các cánh tay robot và robot di động khảo sát. như được trình bày ở bài báo [3]. Do đó, việc xây dựng các mô hình điều khiển này được 2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA MÔ HÌNH nhiều cơ sở đào tạo quan tâm. Các mô hình thí ĐIỀU KHIỂN nghiệm, thực hành điều khiển góc quay được thương mại hóa trên thị trường là rất đa dạng. 2.1. Tổng quan về mô hình Trong giáo dục kỹ thuật tiên tiến ở các trường Nguyên lý điều khiển góc quay được thực đại học, kiến thức về kỹ thuật được giảng dạy hiện theo Hình 1, để kiểm soát góc quay thì ta độc lập, mà kiến thức này không đủ để dạy điều khiển động cơ DC. Bộ điều khiển trung nhiều lĩnh vực công nghệ tương quan. Các hệ tâm nhận tín hiệu từ tín hiệu đặt X, và tín hiệu thống thí nghiệm, thực hành trong trường đại hồi tiếp Y từ encoder, sau đó nó sẽ xuất ra tín học sử dụng động cơ DC đã tiếp cận theo hiệu PWM để gửi cho Drive L298, Drive này nhiều cách khác nhau. Cơ chế điều khiển tốc sẽ nhận tín hiệu điều xung PWM từ bộ điều độ, vị trí, góc và các cơ chế điều khiển khác khiển trung tâm để tạo ra giá trị điện áp tương nhau đã tạo ra sự đa dạng về cơ chế, cách thức ứng, áp lên phần ứng động cơ DC. và mô hình điều khiển DC rất khác biệt. Tuy nhiên nó đều đi theo một số hướng điều khiển như; Thiết kế bộ điều khiển; ứng dụng kit Arduino; Raspberry. Hệ thống thực hành cần có đối tượng điều khiển và giao diện người dùng vì dễ thao tác vận hành, cũng như dễ quan sát và giáo cụ trực quan. Do vậy, chúng ta thường sử dụng các giao diện như LabVIEW, Visual Basic và MATLAB/Simulink. Giao diện này giúp cho người học có cái nhìn tổng quan hệ hệ thống Hình 1. Mô hình thí nghiệm điều khiển, cũng như tạo điều kiện cho người điều khiển góc quay vận hành dễ dàng trong khâu quan sát. 2.2. Phần cứng của hệ thống Từ thực tế trên, nghiên cứu này đóng góp vào việc thiết kế và chế tạo một mô hình thực Phần cứng của hệ thống bao gồm hai khối hành, thí nghiệm điều khiển góc quay với giá chức năng chính: 1. Bộ điều khiển; 2. Encoder 307
  2. Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 phản hồi góc. Cả hai khối này được xây dựng 3.1. Giao diện đầu vào trên kit Arduino MEGA 2560. Với mỗi đầu vào bộ mờ ta lập 5 hàm thuộc 2.3. Sơ đồ đi dây hệ thống ứng với 5 biến ngôn ngữ: e = { NegBig, NegSmall, Zero, PosSmall, Sơ đồ đi dây của mô hình thực hành được PoBig} thể hiện như Hình 2. Mô hình bao gồm de = { DecFast, Decslow, Maintain, POWER DC-12V (1), COMPUTER (2), bộ Incslow, Incfast} vi điều khiển nhúng MEGA 2560 (3), mạch 3.2. Giao diện đầu ra động lực L298 (4), đối tượng điều khiển - tín hiệu phản hồi DC MOTOR - ENCODER (5). Giá trị đầu ra là: u = {small; Medsmall; Med; Medbig; Big}. Các luật mờ hợp thành đều có dạng như sau: If e(t) is NegBig and de(t) is DecFast, then u is Small theo như Bảng 1. Bảng 1. Bảng luật mờ hợp thành de(t)/e NegBig NegSmall Zero PosSmall PoBig DecFast small small Medsmall Medsmall Med Decslow small Medsmall Medsmall Med Medbig Maintain Medsmall Medsmall Med Medbig Medbig Incslow Medsmall Med Medbig Medbig Big Incfast Med Medbig Medbig Big Big 4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 4.1. Khối đọc giá trị xung từ encoder Hình 2. Sơ đồ đi dây mô hình thực hành Khối Gain dùng để chuyển đổi giá trị từ khối encoder gửi về qua phương trình: 360 Góc = Số xung trên đĩa quay  2  2  Tỉ lệ hộp số 360 360 = = 11 2  2  34 1496 4.2. Khối điều khiển Hình 3. Mô hình thực hành điều khiển góc Tín hiệu đầu vào kết hợp với tín hiệu trả 3. XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ TRÊN về từ encoder tạo ra tín hiệu sai lệch e(t). Tín MATLAB/SIMULINK hiệu e(t) đi qua khối gain để đi vào khối điều khiển mờ, theo như Hình 5. Xây dựng Toolbox trong Simulink với bộ điều khiển mờ (Fuzzy) theo như Hình 4. Hình 4. Sơ đồ khối của hệ điều khiển mờ Hình 5. Khối điều khiển 308
  3. Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2023. ISBN: 978-604-82-7522-8 4.3. Khối xuất thông số điều khiển động tính ổn định bộ điều khiển mờ hơn bộ điều cơ DC khiển PID. Kết quả được thể hiện tại Bảng 2. Khối FCN được sử dụng để xử lý giá trị đầu ra từ khối điều khiển. Giá trị đầu ra từ khối điều khiển (u) có cả giá trị âm và giá trị dương khi đi qua khối FCN sẽ chuyển thành giá trị dương rồi sau đó được chuyển ra chân ENA tới khối chân Pin 5 của Arduino MEGA, theo như Hình 6. Hình 7. So sánh sự đáp ứng của hai bộ điều khiển PID và mờ Bảng 2. Đánh giá chất lượng bộ điều khiển Chỉ tiêu FUZZY PID Thời gian đáp ứng 0.1s 0.2s Độ vọt lố Nhỏ Nhỏ Sai lệch tĩnh 0.5-1 độ Khoảng 2 độ Tính ổn định Tốt Tốt 6. KẾT LUẬN Hình 6. Khối xuất giá trị điều khiển động cơ Mô hình bài thí nghiệm đã xây dựng thành Nếu giá trị u là giá trị âm thì chân IN1 có công và được nhúng trên bo mạch Arduino giá trị là 0 tương ứng với Pin 7 mang giá trị 0 Mega 2560. Bộ điều khiển mờ đã được kiểm và chân IN2 có giá trị là 1 tương ứng với Pin nghiệm và so sánh. Qua kết quả của bài thực hành cho thấy, đây là một giáo cụ rất trực 8 mang giá trị 1 thì động cơ sẽ quay thuận. quan để giúp sinh viên thực hành, cũng như Nếu giá trị u là giá trị dương thì chân IN1 kiểm nghiệm các mô hình điều khiển là tối có giá trị là 1 tương ứng với Pin 7 mang giá ưu, đơn giản, và dễ tiếp cận nhất. Nó sẽ là trị 1 và chân IN2 có giá trị là 0 tương ứng với công cụ hỗ trợ tuyệt vời cho các môn học về Pin 8 mang giá trị 0 thì động cơ quay nghịch. điều khiển, cũng như tự động hóa. Nếu giá trị u là 0 thì chân IN1 có giá trị là âm tương ứng với Pin 7 mang giá trị 0 và 7. TÀI LIỆU THAM KHẢO chân IN2 có giá trị là dương tương ứng với Pin 8 mang giá trị 1 thì động cơ sẽ dừng. [1] Q.-V. Ngo, C. Yi, and T. Trong, “The fuzzy- PID based-pitch angle controller for small- scale wind turbine,” International Journal of 5. KẾT QUẢ CHẠY THỰC NGHIỆM Power Electronics and Drive Systems Kết quả chạy thực nghiệm để kiểm chứng (IJPEDS), vol. 11, p. 135, Mar. 2020, doi: 10.11591/ijpeds.v11.i1.pp135-142. sự tối ưu của bộ điều khiển mờ được so sánh [2] Q.-V. Ngo and T. Trong, “The MPPT với bộ điều khiển PID. Bộ điều khiển PID algorithm combined with pitch angle được tính toán theo phương pháp Ziegler- control for the small-scale wind turbine in a Nichols 1, và có các thông số lựa chọn như wide speed range,” International Journal of sau (Kp = 8, KI = 6.5, KD = 0.5). Qua kết quả Power Electronics and Drive Systems ở Hình 7, ta đặt tín hiệu đặt với góc quay là (IJPEDS), vol. 12, p. 1482, Sep. 2021, doi: 10.11591/ijpeds.v12.i3.pp1482-1493. 900 thì ta có kết quả bộ điều khiển mờ có chất [3] T.-T. Nguyen, “Fractional-order sliding lượng điều khiển hơn hẳn bộ điều khiển PID. mode controller for the two-link robot arm,” Về thời gian đáp ứng bộ điều khiển mờ nhanh IJECE, vol. 10, no. 6, p. 5579, Dec. 2020, hơn bộ PID 1s. Sai lệch tĩnh, độ vọt lố nhỏ và doi: 10.11591/ijece.v10i6.pp5579-5585. 309
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
23=>2