Nghiên cứu điều khiển con lắc ngược quay

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP [Type here] Khóa luận tốt nghiệp SV:Hồng Trọng Tư PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên giao đề tài Hoàng Trọng Tư, MSSV:14069601 Tên đề tài NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC QUAY Nội dung Nội đung đề tài gồm chương sau: Chương Giới thiệu Nội đung chương giới thiệu sơ lược phương pháp điều khiển đại hệ thống lắc ngược quay, tổng quan câng trinh nghiên cứu mục tiêu luận văn Chương đề cập đến phương pháp nghiên cứu luận Cuối chương trình bày sơ lược nộỉ dung luận văn Chương Cơ sở lý thuyết phương pháp điểu khiển Trình bày khái quát phương phảp điều khỉền sử đụng luận văn phương pháp điều khiển mờ Chương tảng sở lý thuyết để xây đựng thuật toán điều khiển cho hệ lắc ngược quay Chương Nghiên cứu thuật toán điều khiển hệ thống lắc ngược quay Chương nghiên cứu mơ hình tốn học lắc ngược quay Xây đụng mô hỉnh mô phòng hệ lắc ngược quay,giải thuật điều khiển swing-up giải thuật điều khiển cân bằng, ứng dụng mô Simulink Matlab để kiểm tra giải thuật điều khiển Chương Thiết kế thi công mơ hình lắc ngược quay Chương trình bày thiết kế phần cứng mô hỉnh lắc ngược quay,cách nhúng giải thuật điều khiển từ Matlab xuống vỉ điều khiển điều khiển mô hlnh lắc ngược quay, chạy thử nghỉận mơ hình truyền sổ liệu lẽn máy để vẽ đồ thị Chương Kết luận đánh giá Chương trình bày kểt đạt luận vãn,ưu điểm nhục điểm giãi thuật điều khiển, góp đề xuất hướng phát triển để hoàn thiện mở rộng luận văn sở lý thuyết ii Khóa luận tốt nghiệp SV:Hoàng Trọng Tư Kết Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn học hệ lắc ngược quay có xét đến động lực học động Hiểu nguyên lý cân hệ thống Nghiên cứu thiết kế giải thuật điều khiển mờ cho hệ lắc ngược quay dựa vào mơ hình tốn Thiết kế phần cứng mơ hình thực nghiệm kiểm chứng Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng 06 năm 2018 Sinh viên TƯ HOÀNG TRỌNG TƯ iii Khóa luận tốt nghiệp SV:Hồng Trọng Tư NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN - iv Khóa luận tốt nghiệp SV:Hồng Trọng Tư MỤC LỤC MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii CHƯƠNG I PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Các nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.3 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ đề tài CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ điều khiển mờ 2.1.1 Mờ hoá 2.1.2 Sử dụng luật hợp thành 2.1.3 Sử dụng toán tử mờ - khối luật mờ 2.1.4 Giải mờ 2.2 Nguyên tắc thiết kế điều khiển mờ 2.2.1 Định nghĩa biến vào/ra 2.2.2 Các định tập mờ 2.2.3 Xây dựng luật điều khiển 10 2.2.4 Chọn thiết bị hợp thành 10 2.2.5 Chọn nguyên lý giải mờ 10 2.2.6 Tối ưu 11 2.3 Hướng dẫn Matlab/Simulink,CCSv3.3 11 2.4 Lập trình TMS320F28335 Simulink 17 CHƯƠNG MƠ HÌNH CON LẮC NGƯỢC QUAY 23 3.1 Mô tả 23 3.2 Mơ hình động 23 3.3 Chọn biến yào-ra 25 3.4 Chuẩn hóa tập sở biến vào-ra 26 v Khóa luận tốt nghiệp SV:Hồng Trọng Tư 3.5 Chọn tập mờ cho biến vào 26 3.6 Chọn tập mờ cho biến 28 3.7 Xây dựng tập luật mờ 29 3.8 Mô matlab 31 3.9 Giải thuật nhúng 32 3.10 Giải thích chương trình 33 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 42 4.1 Phần cứng 42 4.1.1 Board mạch chính: 42 4.1.2 Mạch công suất: 57 4.1.3 Mạch nguồn 24V/5A- 5V/1A 60 4.1.4 Thiết bị đo vị trí vận tốc 61 4.2 Mơ hình hồn chỉnh 63 CHƯƠNG KẾT LUẬN Và HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 63 5.1 Kết đạt 63 5.2 Hạn chế 64 5.3 Hướng phát triển đề tài 64 vi Khóa luận tốt nghiệp SV:Hồng Trọng Tư DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Thông số phương trình 25 Bảng 5.1 Phân chia chức chân ghi GPAMUX1 51 Bảng 5.2 Phân chia chức chân ghi GPAMUX2 51 Bảng 5.3 Phân chia chức chân ghi GPBMUX1 52 Bảng 5.4 Phân chia chức chân ghi GPBMUX2 53 Bảng 5.5 Phân chia chức ghi GPCMUX1 GPCMUX2 53 Bảng 5.6 Thanh ghi điều khiển GPIO 54 Bảng 5.7 Các ghi liệu 54 vii Khóa luận tốt nghiệp SV:Hồng Trọng Tư DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Bộ điều khiến mờ Hình 2.2 Một điều khiển mờ động Hình 2.3 Hệ kín phản hồi âm điều khiến mờ Hình 2.4 Bộ điều khiển mờ PID Hình 2.5 Màn hình khởi động Matlab 12 Hình 2.6 Cửa sổ thư viện Matlab 13 Hình 2.7 Cửa sổ xây dựng mơ hình 14 Hình 2.8 Sơ đồ mơ hình 14 Hình 2.9 Kết nối khối 15 Hình 2.10 Chạy mơ 15 Hình 2.11 khối Scope 16 Hình 2.12 Cài đặt thời gian lấy mẫu 16 Hình 2.12 Cài đặt thời gian lấy mẫu 17 Hình 2.13 Biểu tượng phần mềm CCSV3.3 18 Hình 2.14 Cấu hình TMS320F28335 18 Hình 2.15 Kiểm tra kết nối Matlab CCS 19 Hình 2.16 Cửa sổ thư viện 20 Hình 2.17 Cửa sổ thư viện 21 Hình 2.17 Cửa sổ thư viện 21 Hình 2.18 Biểu tượng phần mềm Terminal 22 Hình 2.19 Giao diện phần mềm Terinal 22 Hình 3.1 Mơ hình lắc ngược quay 23 Hình 3.2 Thiết lập biến vào - FIS Editor MatLAB 26 Hình 3.3 Các tập mờ alpha 27 Hình 3.4 Các tập mờ alpha_dot 27 Hình 3.5 Các tập mờ beta 28 Hình 3.6: Các tập mờ beta_dot 28 Hình 3.7 Các tập mờ tô 29 Hình 3.8 Fuzzy Logic 31 Hình 3.9: Đáp ứng lắc thứ đối vói tín hiệu xung vng 31 viii Khóa luận tốt nghiệp SV:Hồng Trọng Tư Hình 3.10 :Kết mô hệ điều khiển giữ can lắc quay 32 Hình 3.11 Chương trình nhúng 32 Hình 3.12 Cài đặt khối eQEP 33 Hình 3.13 Cài đặt xung khối eQEP 34 Hình 3.14 Cài đặt liệu vào/ra cho khối eQEP 34 Hình 3.15 Tính tốn đỗi xung sang góc(độ) 35 Hình 3.16 Tiền xử lý hậu xử lý 35 Hình 3.17 Khối Khối MATLAB Function2 36 Hình 3.18 Chương trình cho phép điện áp ngõ 36 Hình 3.19 Khối DCX 37 Hình 3.19 Chương trình băm xung 37 Hình 3.20 Khối ePWM 38 Hình 3.21 Cài đặt sơ xung điều chế 38 Hình 3.22 Chọn ePWMA 39 Hình 3.23 Khối DPIO DO 39 Hình 3.24 Chọn GPIO1 khối DPIO DO 40 Hình 3.25 Chuyển đổi liệu sang mã ASCII 40 Hình 3.26 khối S-Funtion Builder 41 Hình 3.27 Cài dặt liệu vào/ra cho khối S-Funtion Builder 41 Hình 3.28 Chương trình hiển thị lên Terminal 42 Hình 3.29 Buil chương trình xuống CCS 42 Hình 4.1 Sơ đồ chân F28335 43 Hình 4.2 Kit DSP F28335 43 Hình 4.3 Sơ đồ ngoại vi TMS320F28335 44 Hình 4.4 Sơ đồ khối F28335 45 Hình 4.5 Bộ xử lý trung tâm (CPU) 45 Hình 4.6 Cấu trúc bus ngoại F28335 46 Hình 4.7 Cấu trúc nhớ truy cập trực tiếp 47 Hình 4.7 Tổ chức nhớ 47 Hình 4.9 Sơ đồ tổng quát Kit DSP 48 Hình 4.10 Sơ đồ khối chân F28335 50 Hình 4.11 Sơ đồ khối ePWM 55 Hình 4.12 Pha đồng ePWM 56 ix Khóa luận tốt nghiệp SV:Hồng Trọng Tư Hình 4.13 Chế độ đếm thời gian 57 Bảng 4.8 Khối ghi ADC 57 Hình 4.15 Nguyên lý hoạt động mạch cầu H 59 Hình 4.16 Sơ đồ ngun lý mạch cơng suất 59 Hình 4.14 Mạch cầu H 58 Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 60 Hình 4.18 encoder 61 Hình 4.19 sơ kênh encoder 62 Hình 4.20 Động DC servo 62 Hình 4.21 Mơ hình thực tế 63 x ... cân cho hệ lắc ngược quay Đối tượng nghiên cứu Hệ lắc ngược quay Các giải thuật điều khiển mờ 1.4 Nhiệm vụ đề tài Xây dựng mơ hình tốn học cho lắc ngược quay Thiết kế điều khiển mờ điều khiển cân... trí điều khiển mờ để giữ vị trí cân cho hệ thống lắc ngược quay lắc cân chưa ổn định tuyệt đối thiết kế điều khiển bàn đặt lắc bị rung điều khiển [3] Khalil Sultan nghiên cứu điều khiển lắc đơn... hai 1.2 Các nghiên cứu ngồi nước cơng bố Đến có nhiều nghiên cứu sử dụng thuật toán khác để điều khiển hệ thống lắc ngược quay điều khiển tuyến tính hóa, điều khiển phi tuyến ,điều khiển thông