- Trong đồ án này, nhóm sinh viên đã áp dụng đầy đủ nhiều bộ điều khiển khác nhau, khảo sát trên cả mô phỏng và thực nghiệm Trang 8 BIÊN BẢN CHỈNH SỬA ĐATN HK2 NH 2022-2023 NGÀNH CNKT
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG CÂN BẰNG BÓNG VÀ ĐĨA BA BẬC TỰ DO ÁP DỤNG GIẢI THUẬT PD VÀ LQR GVHD: TS NGUYỄN VĂN ĐƠNG HẢI SVTH : PHẠM HUY HỒNG ĐỒN ĐỨC HUY SKL011575 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2023 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG CÂN BẰNG BÓNG VÀ ĐĨA BA BẬC TỰ DO ÁP DỤNG GIẢI THUẬT PD VÀ LQR GVHD: Nguyễn Văn Đơng Hải SVTH1: Phạm Huy Hồng MSSV: 19151232 SVTH2: Đồn Đức Huy MSSV: 19151235 Tp Hồ Chí Minh tháng năm 2023 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày 30 tháng năm 2023 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Đơng Hải Họ tên sinh viên 1:Phạm Huy Hồng MSSV:19151232 Họ tên sinh viên 2:Đoàn Đức Huy MSSV:19151235 Tên đề tài: Hệ thống cân bóng đĩa ba bậc tự áp dụng giải thuật PD LQR NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Về nội dung đề tài khối lượng thực hiện: Trong đề tài, nhóm sinh viên khảo sát đối tượng bóng đĩa ba bậc tự Mơ hình này mới, khác phức tạp so với mơ hình bóng đĩa hai bậc tự Nhóm sinh viên xây dựng điều khiển PD LQR để điều khiển thành cơng vị trí xác định quỹ đạo mô thực nghiệm Bên cạnh đó, việc tinh chỉnh thơng số ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển thực để chứng minh kết thực nghiệm gần với lý thuyết Khối lượng công việc thực phù hợp với đồ án tốt nghiệp sinh viên Ưu điểm: - Mơ hình nhóm sinh viên mới, khó thực so với mơ hình bóng đĩa hai bậc tự thơng thường - Trong đồ án này, nhóm sinh viên áp dụng đầy đủ nhiều điều khiển khác nhau, khảo sát mô thực nghiệm - Kết nghiên cứu từ đồ án tổng hợp thành báo khoa học phản biện tạp chí quốc tế “Indonesian Journal of Engineering and Science” – IJES- (ISSN: e-ISSN 2774-373X) (trong danh mục INDEX COPERNICUS phịng khoa học cơng nghệ HCMUTE cơng nhận) (hai sinh viên đồ án hai tác gỉa đầu) Khuyết điểm: - Do thông số động chưa nhận dạng được, mô thực nghiệm chưa sát với - Giải thuật áp dụng tuyến tính nên phần bám quỹ đạo chưa đảm bảo toán học i ii iii iv v BIÊN BẢN CHỈNH SỬA ĐATN HK2 NH 2022-2023 NGÀNH CNKT ĐK-TĐH Tên đề tài: HỆ THỐNG CÂN BẰNG BÓNG VÀ ĐĨA BA BẬC TỰ DO ÁP DỤNG GIẢI THUẬT PD VÀ LQR Tên SV1:Phạm Huy Hoàng MSSV:19151232 Tên SV2: Đồn Đức Huy MSSV:19151235 Tên GVHD: Nguyễn Văn Đơng Hải Nội dung chỉnh sửa STT Yêu cầu chỉnh sửa (GVPB HĐ) Nội dung chỉnh sửa ( trình bày nhóm chỉnh sửa gì, mục nào, trang bao nhiêu) Chỉnh sửa bố cục báo Sử lại bố cục phần phân chia lại cáo trình tự báo cáo Thiếu phần thi cơng phần Thêm phần cịn thiếu cứng giải thích cách đọc tịa độ bi Khơng có phần trình bày lý Xây dưng phương trình tốn học cá thuyết, mô điều kết mô khiển viên bi theo quỹ đạo Xác nhận GVHĐ (Chèn chữ kí ghi rõ họ tên) Tp HCM ngày… tháng… năm 2023 (Chèn chữ kí ghi rõ họ tên) vi TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG – ĐIỀU KHIỂN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự -Hạnh phúc -o0o - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Đông Hải Sinh viên thực hiện: Phạm Huy Hoàng MSSV: 19151232 Lớp: 191513A Đoàn Đức Huy MSSV: 19151235 Lớp: 191513A Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển Tự động hố Hệ đào tạo: Chính quy Khố: 2019 Lớp: 19151 Tên đề tài Mơ hình bóng đĩa ba bậc tự áp dụng giải thuật LQR PD Nội dung đồ án - Tìm hiểu tổng quan sở lý thuyết đề tài - Thiết kế mơ hình phần cứng phần mềm SolidWorks 2021 - Tính tốn động học lực nghịch cánh tay - Thi cơng mơ hình - Xây dựng điều khiển PD, LQR thực mô - Xây dựng quỹ đạo chạy cho viên bi thu thập liệu viên bi - Đánh giá mơ hình dựa hoạt động mơ hình thực tế – – – – – Các sản phẩm dự kiến Mơ hình thực nghiệm Chương trình điều khiển Quyển báo cáo đồ án tốt nghiệp Poster tóm tắt đề tài Video giới thiệu đề tài Ngành giao đồ án: 10/02/2023 Ngày nộp đồ án: 04/07/2023 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng Anh ☐ Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh ☐ Tiếng Việt ☑ Tiếng Việt ☑ vii TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o -Tp HCM, ngày tháng năm LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan tất nội dung kết đồ án ” Hệ thống cân bóng đĩa ba bậc tự áp dụng giải thuật PD LQR” tơi hồn tồn cơng việc tự thực Tôi cam kết sản phẩm không chép, đạo nhái nguồn tài nguyên khác Tất thơng tin trích dẫn, bảng biểu, hình ảnh, cơng thức tài liệu nghiên cứu sử dụng đồ án ghi rõ dẫn nguồn theo quy định trường hướng dẫn cụ thể giảng viên Người thực đề tài Phạm Huy Hoàng Đoàn Đức Huy viii số hiệu chỉnh ma trận K thơng số PID tìm tính tốn lý thuyết 5.2.2 Kết thực nghiệm điều khiển LQR Nhóm sinh viên tiến thực nghiệm chọn điều khiển LQR chạy ổn định mơ hình thực tế ma trận điều khiển K=[-90,-90,80,2].sau đồ thi mô tả hoạt động điều khiển với thời gian lấy mẫu 0.05s Hình 5.20 Vị trí viên bi thực tế so với trục x y 57 Hình 5.21 Góc quay đĩa điện áp cấp cho động Kết luận: Trong trình điều khiển, điều khiển nhận tính hiệu phẩn hồi viên bi, góc nghiêng mặt phẳng đĩa xuất tín hiệu điều khiển để trì cân Khi viên bị di chuyển lệch khỏi vị trí đặt, điều khiển điều khiển để đưa viên bi vị trí đặt Viên bi trở lại vị trí cân khoảng thời gian giây để Độ sai lệch vị trí đặt vị trí thực tế viên bi khoảng 6mm Qua cho thấy nhóm sinh viên xây dựng ứng dụng thành công điều khiển LQR để điều khiển hệ Ball and Plate 58 5.2.3 Tiến hành tiếp việc thay đổi thông số K khác Hình 5.22 Kết vị trí viên bi với thông số K1 khác Kết luận : Thông số K1 thông số ứng với thống số điều khiển vị trí viên bi ma trận điều khiển K điều khiển LQR Từ kết đồ thị hiển thị vị trí viên bi theo thông số K1 khác thấy tăng thơng số K1 lên viên bị có xu hướng di chuyển nhanh vị trí cân ngược lại giảm thông số Tuy nhiên đồ thị thể hiển việc tăng thông số K1 lớn (K1=120) làm cho hệ thống xuất hiện tượng vọt lố gây ổn định hệ thống 59 Hình 5.23 Kết vị trí viên bi với thông số K2 khác Kết luận : Thông số K2 thông số ứng với thông số điều khiển vận tốc viên bi ma trận điều khiển K điều khiển LQR Từ kết đồ thị hiển thị vị trí viên bi theo thông số K2 khác thấy tăng thơng số K2 lên viên bị có xu hướng di chuyển nhanh vị trí cân giảm thiểu sai số xác lập hệ thống, việc giảm thống số mức (K=70) dẫn đến sai số xác lập 60 Hình 5.24 Kết góc quay động Kết luận: Các thông số K3 K4 thơng số điều khiển ổn định góc quay vận tốc góc động ( tương ứng với góc quay đĩa) điều khiển LQR Tương tự K1 K2 việc tăng thông số gây vọt lố giảm thấp gây sai số xác lập 61 5.2.4 Kết thực nghiệm điều khiển PID Tương tự điều khiển LQR nhóm sinh viên tiến thực nghiệm chọn điều khiển PID chạy ổn định mơ hình thực tế Sau đồ thị mô tả hoạt động điều khiển với thời gian lấy mẫu 0.05s Thông số Giá trị KP1(ball) KD1(ball) 10 KP2 75 KD2 40 Bảng 4.1 Bảng thông số giá trị điều khiển LQR Hình 5.25 Vị trí viên bi thực tế 62 Hình 5.26 Góc quay đĩa điện áp cấp cho động Kết luận: Dựa vào đồ thị thấy bơ điều khiển PID nhóm sinh viên xây dựng hoạt động ổn định viên bi mặt phằng đĩa hệ BALL and PLATE Tuy nhiên thơng số mà nhóm sinh viên tìm chưa phải thông số tối ưu cho việc điều khiển hệ dao động hệ thống tồn tại, độ vọt lố sai số xác lập cửa hệ tương đối lớn 63 Hình 5.27 Kết thơng số KP khác Kết luận: Từ kết qua đồ thị thay đổi thống số KP khác thể rõ nét đặt tính điêu khiển PID, Với thông số KP có độ lớn tăng dần giúp cho hệ thống nhanh chố đưa viên bi vị trí cân Tuy nhiên với thông số KP cao làm cho hệ thông xuất vọt lố, dao động xuất quanh điểm đặt 64 Hình 5.28 Kết thông số KD khác Kết luậnTừ đồ thị ta thấy tăng thống số KD làm cho hệ thống giảm bớt đỉnh vọt lố Tuy nhiên việc tăng thông số KD mức đến sai số xác lập lớn làm cho vị trí viên bi mặt phẳng bị lệch lớn so với giá trị đặt mong muốn 65 5.2.5 Điều khiển viên bi theo quỹ đạo Hình 5.29 Kết điều khiển theo quỹ đạo hình trịn điều khiển LQR Hình 5.30 Kết điều khiển theo quỹ đạo hình trịn điều khiển PID 66 Hình 5.31 Kết điều khiển theo quỹ đạo hình vng điều khiển LQR Hình 5.32 Kết điều khiển theo quỹ đạo hình vng điều khiển PID Kết luận: Cả hai điều khiển PID LQR điều khiển viên bi di chuyển mặt phăng theo quỹ đạo đặt trước Đối với quỹ đạo chạy hình trịn, điều khiển LQR bám sát quỹ đạo Do ảnh hưởng vọt lố nên quỹ đạo có khoảng chạy xa khỏi quỹ đạo mong muốn không đáng kể Đối với quỹ đạo chạy hình vng hệ thống bị ảnh hưởng nhiễu hai điều khiển Ngoài điều khiển PID điều khiển xuất nhiều vọt lố số thông số động thay đổi ảnh hưởng việc hoạt động nhiều 67 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Kết đạt sau thực đồ án xây dựng mơ hình điều khiển cho hệ BALL and PLATE sau: Sinh viên thành công việc xây dựng mơ hình hệ thống có khả hoạt động Hệ thống triển khai vận hành theo mong đợi sinh viên Tuy nhiên, trình xây dựng mơ hình, nhóm sinh viên gặp phải số hạn chế Sự khác biệt mô thực tế tồn q trình mơ hình hóa nhóm sinh viên chưa đạt mức xác Hơn nữa, điều khiển chưa đạt tối ưu hoàn toàn cần cải tiến Mặc dù hoạt động, tiềm để tìm hiểu tối ưu hóa điều khiển Tổng kết lại, đồ án mang lại kết tích cực sinh viên xây dựng mơ hình hoạt động triển khai điều khiển thành cơng Tuy nhiên, cịn cần nỗ lực để cải thiện mơ hình hóa tối ưu hóa điều khiển để đạt kết tốt tương lai 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Xây dựng khối mô hình hóa xác Áp dụng phương pháp điều khiển trượt hay fuzzy vào hệ thống Xây dựng mơ hình hệ thống dựa động học thuận nghịch cánh tay Ngồi nhóm phát triển hệ thống lên bậc tự Hệ thống trở thành hệ Stewart có khả đáp ứng tốt hơn, nhanh, ổn định chịu tải trọng lớn 68 TƯ LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Roya Khaje Pour, Hassan Khajvand, S Ali A Moosavian “Fuzzy Logic Trajectory Tracking Control of a 3-RRS Ball and Plate Parallel Manipulator” International Conference on Robotics and Mechatronics October 26-28, 2016, Tehran, Iran, pp 343-347 IEEE 2016 X Dong, Y Zh, and C Chen, “Applying genetic algorithm to on-line pdated PID neural network controllers for ball and plate system,” In Innovative Computing, Information and Control (ICICIC), 2009 Fourth International Conference on, IEEE, pp 751-755, December 2009 A Zeeshan, N Nauman, and M J Khan, “Design, control and implementation of a ball on plate balancing system,” In Proceedings of 2012 9th International Bhurban Conference on Applied Sciences & Technology (IBCAST), pp 22-26, IEEE, January 2012 David Debono and Marvin Bugeja Application of sliding mode control to the ball and plate problem In 2015 12th International Conference on Informatícs in Control, Automation and Robotics(ICINCO),volumn 1, pages 412-419 IEEE 2015 E.Ali, and N Aphiratsakun, “AU ball on plate balancing robot,” In 2015 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), pp 2031-2034, IEEE, December 2015 Heeseung Bang and Young Sam Lee,“Implementation of a Ball and Plate Control System using sliding mode control“ pages 1-8 IEEE, 2018 Roya Khajepour, Hassan Khajvand, Hadi Daniali, Mohammadali Rastin, S Ali A Moosavian"Explicit dynamic and MTJ Control of a 3-RRS Parallel Manipulator with mass Compensator "Proceedings of the 5th RSI International Conference on Robotics and Mechatronics (IcRoM 2017) October 25-27, 2017, Tehran, Iran, pp 552-557 IEEE 2017 X Dong, Y Zhao, Y Xu, Z Zhang, and P Shi, “Design of PSO fuzzy neural network control for ball and plate system,” International Journal of Innovative Computing, Information and Control, Vol 7, No 12, pp 7091-7103, 2011 Q Lian-kui, L Wen-long, and L Qi-liang, “Fuzzy adaptive control scheme for ball and plate system and comparison with pd and mpc controller,” International Journal of Digital Content Technology and its Applications, Vol 7, No 9, 2013, pp 572 69 1 S K L 0